Bachelor's Thesis

Speech Watermarking

Final Thesis 5.98 MB

Author of thesis: Václav Zapletal

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Jan Brukner

Reviewer: Ing. Radim Kudla

Abstract:

This thesis addresses the authentication of speech audio recordings using digital watermarks. The aim is to experimentally compare models based on neural networks: AudioSeal and Perth. Both models were tested for robustness against signal modifications and their impact on audio quality. The research demonstrated that Perth excels in robustness, although at the cost of more aggressive signal modification and false detections. Conversely, AudioSeal provides highly accurate detection but critically fails when manipulating the speed of a recording. The main contribution is an evaluation of the limits of both approaches.

Keywords:

watermark, AudioSeal, Perth, robustness, speech, audio quality

Date of defence

18.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaCznamka

Grading

C

Process of defence

Student nejprve prezentoval výsledky, kterých dosáhl v rámci své práce. Komise se poté seznámila s hodnocením vedoucího a posudkem oponenta práce. Student následně odpověděl na otázky přítomných. Komise se na základě posudku oponenta, hodnocení vedoucího, přednesené prezentace a odpovědí studenta na položené otázky rozhodla práci hodnotit stupněm C.

Topics for thesis defence

  1. V prezentaci jste demonstroval změny délky signálu. Testoval jste odolnost vodoznaku také vůči běžným audio efektům, které jsou dostupné v nástrojích typu Audacity?
  2. Může vodoznak obsahovat nějakou konkrétní informaci?

Language of thesis

Czech

Faculty

Department

Study programme

Information Technology (BIT)

Composition of Committee

prof. Dr. Ing. Jan Černocký (předseda)
doc. Ing. Zdeněk Vašíček, Ph.D. (místopředseda)
Ing. Jiří Hynek, Ph.D. (člen)
RNDr. Marek Rychlý, Ph.D. (člen)
Ing. Vojtěch Havlena, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Jan Brukner

Práce dosáhla podle mého hodnocení docela zajímavých výsledků (například citlivost na časové roztažení signálu), které by si zasloužily podrobnější zkoumání, na které již nezbyl čas.
Při experimentování by bylo lepší více zakomponovat poslech modifikovaných nahrávek, na základě kterého by bylo možné rychleji zvolit vhodné parametry daných metod.
Celkově práci hodnotím na pomezí C/D s příklonem k druhé možnosti.  

Evaluation criteria Verbal classification
Information about assignment

Zaměření práce je otestování kvality a robustnosti systémů v poměrně novém odvětví neurálních vodoznaků. Práce nezahrnuje vytváření nových nebo úpravu stávajících systémů, náročnost práce je tedy průměrná. 
Výsledkem práce je poměrně velké množství grafů s úspěšností detekce vodoznaku v závislosti na různých modifikacích audia, byla by však vhodná hlubší analýza a interpretace získaných výsledků. Zadání bylo splněno.

Work with literature

Student si sám vyhledával zdroje a dokázal je zpracovat. 

Activity during solution, consultations, communication

V zimním semestru bylo tempo práce poněkud volnější s občasnými konzultacemi, situace se zlepšila v letním semestru, nicméně bylo potřeba připomínat blížící se deadline. 

Activity during completion

Práce byla dokončena na poslední chvíli, měl jsem možnost okomentovat předposlední verzi, finální verzi jsem z důvodu nutnosti tisku již neviděl. 

Publication activity, awards

Není mi známo. 

Points proposed by supervisor: 69

Grade proposed by supervisor: D

Reviewer’s report
Ing. Radim Kudla

Autor ve své práci splnil zadané cíle. Práce zkoumá dvě vybrané metody pro aplikaci vodoznaků na řečový signál (AudioSeal a Perth). Je zkoumáno testování robustnosti vodoznaku s použitím jak klasického zpracování signálů tak neurálních kodeků a vokodérů. Je implementována detekce vodoznaku a otestována robustnost na jednom vybraném datasetu. Bylo by vhodné, aby práce obsahovala širší seznam metod a důvod výběru dvou zkoumaných. Samotnou robustnost by bylo vhodné vyhodnocovat i nad dalšími daty, aby autor mohl popsat chování a využitelnost metod napříč různými kanály / jazyky / kodeky / typy projevu. 

Evaluation criteria Verbal classification Points
The difficulty of the assignment

Evaluation level: moderately difficult assignment

Autor se věnoval tématu autentizace zvukových záznamů řeči pomocí digitálních vodoznaků. Využil dva nástroje pro tvorbu vodoznaků v řečovém signálu, implementoval je do testovacích skriptů. Více prostoru věnoval vyhodnocení na jednom vybraném datasetu a věnoval se hledání původu anomálií ve výsledcích evaluace (vysoké resp. nízké skóre).

Presentation level of the technical report

Prezentační úroveň technické zprávy je dobrá. Logická struktura, rozsahy a návaznosti jednotlivých částí jsou vhodně zvoleny. Pochopitelnost textu je pro čtenáře dobrá, věty jasné výstižné, primárně technické. Bylo by vhodné doplnit informační a důvodová propojení textů, např. proč autor vybral dané dvě metody, seznam v současnosti dostupných metod z jakých vybíral vč. jejich licencí. V kapitole “3.1.1 Generátor” by stálo za to blíže popsat úpravy konkrétních úseků, nakolik tři ze čtyřech odrážek obsahují stejné hodnoty pravděpodobnosti. Bylo by vhodné i shrnutí obecné povahy ve smyslu, pro jaká užití autor vidí postup vhodný případně nevhodný pro praxi (např. telefonie pro zvukový podpis komunikace s cílem předejít hlasovým podvrhům, podpis autorských melodií vodoznakem, případně jiná využití a na základě jakých důvodů). Lze ocenit dobrou práci s výsledky zejména u tématu “false positives”, kde se autor zaměřil na příčiny a našel je u 3 mluvčích (ID 1651, 2902 a 7697) v testovacím datasetu. Škoda, že autor nepokračoval v myšlence a dále nerozvedl důvody právě u těchto třech mluvčích (např. charakteristický hlas nebo (ne)kvalitou samotné nahrávky typickou pro podmínky daného mluvčího apod.).

72
Formal preparation of a technical report

Typografická a jazyková stránka práce je na dobré úrovni. Oceňuji čtivé texty a pouze ojedinělé překlepy (např. „zuvku“ místo “zvuku”). Anglické zkratky je vhodné rozepsat vždy při prvním použití (např by stálo za to rozepsat „HAS“ (str. 7), „LSB“ (str. 10)). Podobně v anglických názvech je vhodné volit velká písmena podle anglické gramatiky (např. na str. 8 místo „Absolute threshold of hearing“ je vhodné psát „Absolute Threshold of Hearing“). Lze doporučit důkladnější kontrolu ukončení odstavců tečkou i v případě uvedení indexu literatury za odstavcem (tečky chybí na konci několika odstavců na str. 8, 9, 17 a několika málo odstavců v dalších kapitolách).

74
Realisation output

Úroveň a funkčnost technického řešení je dobrá. Kvalita a srozumitelnost dokumentace je také dobrá. Řešení je implementováno nad dvěmi vybranými metodami formou skriptů. Testovací protokol je také souborem Python skriptů. Byla by vhodná větší univerzálnost řešení, zejména pokud by na autora navázal další vývojář a chtěl změnit nebo doplnit další metodu pro generování a detekci vodoznaků. Při současných možnostech demo aplikací lze očekávat demo nejen ve formě Python skriptů, ale lépe ve formě ucelené aplikace s vrstvou grafického uživatelského prostředí. Je škoda, že autor zůstal u poměrně malé evaluační datové sady LibriSpeech (73 mluvčích), která mu neumožnila zkoumat robustnost z dalších aspektů, např. z pohledu variability kanálů (např. telefonní), způsobu komunikace (spontánní řeč, čtená řeč, projev na tiskové konferenci, recitace, hudba, …) a jazyků.

71
Usability of results

Využitelnost výsledků je dobrá. S existujícím popisem lze zkoumat vodoznaky v řeči nad dalšími datovými sadami. Implementace je založena na dobře známých a použitelných nástrojích/knihovnách (python, conda, numpy, pandas, …). Jednotlivé skripty jsou dobře popsány na úrovni základního popisu, vstupů/výstupů apod. pro navázání na autorovu práci. Lze ocenit komentáře přímo v Python skriptech, kterého mohou pomoci navázat na tuto práci. Požadovaný protokol je souborem skriptů a není zřejmé jak jednoduše doplnit do protokolu další metody (vedle zvolených AudioSeal a Perth). 

The extent to which the requirements of the assignment have been met

Evaluation level: assignment fulfilled with minor reservations

Práce se věnuje všem bodům zadání, které bylo splněno. Bylo by vhodné se věnovat lepšímu popsání protokolu. Pro demo ukazující rozsah poškození audia byla zvolena forma Python skriptu. Zde lze volit některý v současnosti lehce dostupný nástroj tvorby aplikací s GUI (“Graphical User Interface”) případně doplnit GUI vrstvu pro poutavější formou a efektivnější prezentaci. Při společenské hrozbě hlasových podvrhů je téma velmi aktuální. Je tedy škoda, že autor nezařadil i širší zamyšlení ke zneužití (např. teroristické organizace mohou využívat zpívané modlitby pro přenos informace) nebo zda jsou vodoznaky v řeči v současnosti skutečně použitelným řešením pro boj s hlasovými podvrhy.

Extent of the technical report

Evaluation level: is within the usual extent

Technická zpráva je v obvyklém rozsahu. Všechny části technické zprávy jsou informačně bohaté a pro práci nezbytné.

Work with literature

Výběr studijních pramenů je široký, autor uvádí 28 zdrojů literatury, v naprosté většině aktuální. Zdroje jsou relevantní k tématu i zadání práce. Práce obsahuje hodně převzatých definic, což je u technických textů pochopitelné. Některé zdroje jsou z období 1961 - 2010, proto by bylo vhodné do práce zařadit větší polemiku, zda jsou informace ze starších zdrojů stále platné nebo technicky již jsou resp. začínají být technicky zastaralé. Vedle Resemble.AI a DeepMark.me by byly vhodné i zdroje vedoucí na více metod resp. více komerčních poskytovatelů (např. WavMark).

78
Points proposed by reviewer: 73

Grade proposed by reviewer: C

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová