Добавлен: 19.06.2023
Просмотров: 28
Скачиваний: 2
Со многих точек зрения для речевых данных это целесообразно осуществлять в скрытном режиме, когда информация о процессах скрытного кодирования и соответствующих действиях доступна только определенному кругу лиц. Мера скрытности характеризует способность информации не быть обнаруженной в процессе информационного обмена.
Для решения задач, приведенных выше, можно воспользоваться принципом стеганографии, а в случаях аудиоданных – цифровой стегано- графией, когда контент и информация контроля представляются в цифровой форме. В основе не очень широкого круга существующих алгоритмов стеганографии используются различные приемы кодирования контрольной информации, среди которых можно выделить: использование наименьшего значащего разряда, кодирование на основе расширения спектра и некоторые другие. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Отметим, что развитие методов цифровой стеганогорафии направлено на повышение скрытности контрольной информации, выражаемое на- пример через степень искажения, с сохранением стойкости кодирования внедряемой информации к внешним разрушающим воздействиями. Авторами для решения указанной проблемы предлагается метод адаптивного скрытного кодирования контрольной информации, обеспечивающий при заданной вероятности ошибки высокую скрытность.
Суть метода заключается в использовании энергетических свойств речевых данных, математической основой которого является применение в качестве ортогонального базиса собственных векторов субполосной матрицы [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ] вместо псевдослучайной последовательности (ПСП), широко применяемой в настоящее время при скрытном кодирования контрольной информации.
Использование собственных векторов, энергия которых сконцентрирована в заданной частотной полосе, позволяет повысить избирательность в частотной области при реализации задач анализа/синтеза. Для обеспечения избирательности целесообразно использовать собственные вектора, собственные числа которых близки к единице Свойство соответствия собственных чисел собственным векторам как критерия, применяемого при отборе векторов, обладающих заданной концентрацией энергии, вытекает из следствия равенства Парсеваля.
Следствие определяет пропорциональность доли энергии собственного вектора значению собственного числа ему соответствующего. [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ]
Спектр собственного вектора субполосной матрицы в области трансформант Фурье К еще одному важному свойству собственных векторов субполосной матрицы, найденных для одной субполосы, можно отнести условие орто- нормальности: это свойство позволяет решить еще одну важную проблему анализа речевых сигналов, а именно: оценить вклад энергии вектора в отрезок данных. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Такую операцию естественно называть частотной фильтрацией, а значение скалярного произведения собственного вектора на отрезок данных – субполосной проекцией.
Основным недостатком метода расширения спектра является вероятность ошибки, возникающей при декодировании бит контрольной информации.
Появление такой высокой вероятности ошибки вызвано корреляцией отрезка речевых данных с ПСП. Одним из способов уменьшения вероятности ошибки является использование модуляции гармонического сигнала ПСП для формирования сигнально-кодовой конструкции (СКК). Модуляция частично концентрирует энергию относительно центральной частоты . Но ис- пользование модуляции не позволяет полностью сконцентрировать всю энергию ПСП в заданной полосе частот, что все равно приводит к изменению отрезка речевых данных во всей частотной области. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Метод субполосных проекций обладает на порядок меньшей вероятностью ошибки декодирования контрольной информации. Этот показатель достигается за счет скрытного кодирования контрольной информации в узкой полосе, а следовательно, и воздействие шума с равномерным распределением в частотной области меньше. Стоит отметить, что энергия шума с равномерным распределением, воздействующая на СКК в методе субполосных проекций, обратно пропорциональна ширине субполосы. [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ]
Иными словами: чем уже субполоса, тем меньшая энергия шума оказывает влияние на СКК. Также важно для повышения помехоустойчивости отбирать для скрытного кодирования СКК, обладающие большей энергией. Исследования показали, что применение субполосных проекций для скрытного кодирования контрольной информации позволяет обеспечить высокую скрытность при небольшой вероятности ошибки, возникающей в результате воздействия шума. Также отличительным свойством метода является безошибочное декодирование контрольной информации, в случае если речевые данные не подвергались изменению.
2.2. Методы специального кодирования
При воспроизведении данных, записанных на носитель записи, сигналы данных как в ВЗУ на оптических дисках, так и в ВЗУ на магнитных дисках претерпевают искажения, обусловленные ограниченной разрешающей способностью системы головка – диск. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Критерием этой разрешающей способности является длительность одиночного импульса воспроизведения, которая обычно превышает длительность синхротакта, в результате чего происходит межсимвольная интерференция (МСИ) и суммарный (результирующий) сигнал данных имеет амплитудные и временные искажения. Причины использования кодов с ограничением длины поля записи
Искажения сигнала воспроизведения за счет МСИ состоят в непостоянстве амплитуды сигнала и сдвиге во времени пиков сигнала от их номинальной позиции, соответствующей позиции «единичного» элемента сигнала записи. При воспроизведении данных, записанных на носитель, решается задача идентификации каждого элемента («единичного» и «нулевого»), что реализуют путем потактной конъюнкции сигнала данных сигналом специальной синхросерии воспроизведения, формируемой под управлением сигналов данных воспроизведения. [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ]
Эта синхросерия создается синхрогенератором, управляемым «единичными» импульсами сигнала воспроизведения.
Такое управление обеспечивает регулирование частоты синхросерии, отслеживающее текущие изменения скорости движения носителя при воспроизведении.
Это необходимо для минимизации сдвига во времени сигналов синхросерии относительно сигналов данных. Такой сдвиг означает как бы уменьшение эффективного временного допуска на разрешенное расположение во времени каждого элементарного сигнала данных по сравнению с номинальным значением этого допуска, равным синхротактуТс .
Результатом такого уменьшения временного допуска является уменьшение достоверности воспроизведения данных, то есть повышение вероятности сбоя или ошибки в данных. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Для повышения точности отслеживания частоты синхросерии за скоростью носителя данных подстройка синхрогенератора посредством «единичных» импульсов должна выполняться достаточно часто, чтобы минимизировать накопленный «уход» частоты относительно текущей средней частоты данных воспроизведения.
Обычный двоичный код имеет равную вероятность появления символов «1» или «0» в текущем такте и допускает бесконечно большие «ну- левые» последовательности символов, в пределах которых нет подстройки частоты генератора. Такой код не обладает свойствами самосинхронизации.
В связи с этим для представления данных на подвижном носителе в ВЗУ создают специальные канальные коды, которые гарантируют появление символа «1» через определенное количество символов «0» и поэтому обладают свойствами самосинхронизации. [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ]
Существует две причины, по которым необходимо это техническое оснащение: во-первых, синхронизируемая (синхронизирующая) схема использует поток импульсов, благодаря переходам чередующихся магнитных полярностей на диске, чтобы поддержать правильное время связывания-удержания (track-andhold), ADC и детектора.
В то же время, если импульсы долгое время отсутствуют, т.е. длинная последовательность нулей (запись без возврата к нулю с инвер- сией – NRZIrecording), канал двусторонней связи не получит достаточно информации, чтобы обеспечить надлежащую синхронизацию (выравнивание). [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Вследствие этого, временной промежуток между двумя единицами должен быть ограничен.
Во-вторых, когда два бита записываются слишком близко друг к другу, взаимные помехи между двумя противоположными импульсами будут снижать соотношение “сигнал- шум” (SNR) при считывании только что записанной информации (эхосчитывании).
Следовательно, следует использовать постоянное кодирование, чтобы гарантировать расстояние (интервал) между двумя переходами расстояние (интервал), достаточно большой, чтобы избежать межсимвольных помех (ISI); поскольку это расстояние (интервал), которое обычно определяется от средней величины, техническое оснащение в состоянии затем увеличить плотность записи. [Алексеев А.П., Аленин А.А. Скрытая передача данных в звуковых файлах формата WAV // ИКТ. Т.8, №3, 2010. – С.101-106. ]
Выравнивание по частичному отклику при- меняется сейчас для борьбы с проблемой межсимвольных помех (ISI), но кодирование с ограничением длины поля записи (RLL)широко используется по вышеприведённым причинам. Особенности канальных самосинхронизирующихся кодов Кодирование с ограничением длины поля записи (RLL) обычно классифицируют по (d, k): показатель dотражает минимальное количество нулей между двумя единицами [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
Показатель k ограничивает максимальное количество нулей между двумя единицами. С другой точки зрения, d контролирует высокочастотные составляющие в связанных сигналах токов записи, чтобы сократить межсимвольные помехи (ISI), напротив, оказывает доминирующее влияние на низкочастотные составляющие, чтобы обеспечить информацию о частоте для канала тактовой синхронизации. [Жиляков Е.Г., Пашинцев В.П., Белов С.П., Лихолоб П.Г. Серия «Информатика». Вып. 23/1, №13 (132), 2012. – С. 222-227.]
При этом параметр к принимает соответственно значения из ряда чисел 1, 2, 3, 4, ..., так что всегда справедливо неравенство: d
Вывод
При воспроизведении данных, записанных на носитель записи, сигналы данных как в ВЗУ на оптических дисках, так и в ВЗУ на магнитных дисках претерпевают искажения, обусловленные ограниченной разрешающей способностью системы головка – диск.
Применение субполосных проекций для скрытного кодирования контрольной информации позволяет обеспечить высокую скрытность при небольшой вероятности ошибки, возникающей в результате воздействия шума. Также отличительным свойством метода является безошибочное декодирование контрольной информации, в случае если речевые данные не подвергались изменению.
Заключение
В современном информационном мире одной из самых актуальных задач является сжатие изображений и видео.
Один пример. Спутник, делающий снимки поверхности Земли в разных частотных диапазонах, передает информацию на Землю, которая затем помещается в хранилище изображений, где используются геоинформационными системами для самых разных целей.
При этом, объем этой графической информации настолько велик, что при ее сжатии борются буквально за каждый байт, т.к. его хранение стоит денег.
По некоторым оценкам дополнительное сжатие хотя бы на 5% дает выигрыш в миллионы долларов.
Примерно та же ситуация сохраняется и при передаче изображений по каналам связи.
Существующей пропускной способности не хватает, чтобы в полной мере удовлетворить потребности пользователей. Все выше сказанное и определяет актуальность задачи сжатия изображений.
На сегодняшний день существует два метода сжатия без потерь – это статистические и словарные методы.
Статистические методы играют на том, что если некоторый символ в последовательности встречается относительно часто, то ему ставится в соответствие короткий код, а если символ встречается реже – то ему присваивается более длинный код.