Development of new frequency techniques for audio signal watermarking

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Université Sétif 1 - Ferhat ABBAS , Faculté de Technologie

Abstract

In this thesis, we present three contributions in the field of digital audio watermarking in the frequency domain. In the first contribution, we propose a parametric quantization index modulation (QIM) for which we find the optimal values of the parameters using the Lagrange multipliers method. Moreover, we present an approach for selecting the embedding positions in the discrete cosine transform (DCT) domain that gives the immunity against low- and high-pass filtering attacks. Furthermore, a fast algorithm for the proposed technique is developed. In the second contribution, we introduce a QIM-based technique that unifies blind and semi-blind audio watermarking in the discrete wavelet transform (DWT) domain. We also propose an expression that gives a quantization step, which is invariant under additive white Gaussian noise and renders the minimum distance decoder of QIM invariant under amplitude scaling of the host signal. Moreover, to avoid the usage of an extra channel, we propose an efficient side-information recovery procedure for the semi-blind mode of operation of the proposed technique. In the third contribution, we propose a robust-hashing method by using QIM’s minimum distance decoder in the DWT domain, then we propose a joint hashing-watermarking technique for audio fingerprinting to enhance the perceptual quality and robustness while reducing the storage requirement compared with other audio watermarking techniques. Finally, we conduct various experiments to validate the correctness of the theoretical expressions derived in this thesis and also to evaluate the proposed techniques and compare them with existing relevant techniques

Description

Dans cette thèse, nous présentons trois contributions dans le domaine du tatouage audio numérique dans le domaine fréquentiel. Dans la première contribution, nous proposons une modulation d'indice de quantification paramétrique (QIM) pour laquelle nous trouvons les valeurs optimales des paramètres en utilisant la méthode des multiplicateurs de Lagrange. De plus, nous présentons une approche pour sélectionner les positions d'insertion dans le domaine de transformée en cosinus discrète (DCT) qui confère l'immunité contre les attaques de filtrage passe-bas et passe-haut. De plus, un algorithme rapide pour la technique proposée est développé. Dans la deuxième contribution, nous introduisons une technique basée sur QIM pour unifie le tatouage audio aveugle et semi-aveugle dans le domaine de la transformation discrète en ondelettes (DWT). Nous proposons également une expression qui donne un pas de quantification, qui est invariant sous le bruit gaussien blanc additif et rend le décodeur par distance minimale de QIM invariant au changement d'échelle du signal hôte. De plus, pour éviter l'utilisation d'un canal supplémentaire, nous proposons une procédure efficace de récupération d'informations latérales pour le mode de fonctionnement semi-aveugle de la technique proposée. Dans la troisième contribution, nous proposons une méthode de hachage robuste en utilisant le décodeur par distance minimale de QIM dans le domaine DWT, puis nous proposons une technique de hachage-tatouage conjoint pour améliorer la qualité perceptive et la robustesse tout en réduisant les besoins de stockage par rapport aux autres techniques de tatouage audio. Enfin, nous menons diverses expériences pour valider l'exactitude des expressions théoriques dérivées dans cette thèse et aussi pour évaluer les techniques proposées et les comparer avec les techniques pertinentes existantes

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