穩(wěn)健音頻水印研究.pdf

1、近年來，隨著音頻壓縮技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，人們可以方便快捷地復(fù)制和傳輸各種數(shù)字音頻。這種進(jìn)步給我們帶來了很大的便利，但也帶來了音頻作品的安全問題。作為一種保護(hù)音頻的技術(shù)手段，音頻水印具有十分重要的應(yīng)用前景，在近年來得到了很快的發(fā)展。然而，仍然存在著許多有待解決的關(guān)鍵問題。本文主要對音頻水印的穩(wěn)健性進(jìn)行了深入的研究，初步解決了抗DA/AD變換和時域伸縮攻擊的問題。同時，我們也對Zernike變換在穩(wěn)健音頻水印中的應(yīng)用進(jìn)行了研究。論文的主要

2、內(nèi)容如下： (1)在許多的應(yīng)用中，音頻水印需要考慮在模擬環(huán)境下的生存能力。這涉及到DA/AD變換。通過分析大量的實驗，我們得出了音頻在DA/AD變換下的主要失真為幅值失真和時間軸上的線性伸縮。其中，發(fā)生在時間軸上的線性伸縮表現(xiàn)為一個插值過程，伸縮幅度的大小受聲卡性能、采樣率和播放器影響，而幅值失真則主要體現(xiàn)為能量的變化和疊加噪聲的影響。針對DA/AD變換失真模型，我們分析了基于量化的音頻水印方案在噪聲、幅值失真和時間軸上線性伸縮

3、下的性能，給出了量化音頻水印方案在幅值攻擊和高斯噪聲攻擊下的誤碼率表達(dá)式。分析結(jié)果表明，量化音頻水印方案對DA/AD變換非常敏感。 (2)針對上述得出的失真模型，我們提出了能夠抵抗DA/AD變換的穩(wěn)健音頻水印方案。策略如下：為了抵抗噪聲的影響，水印嵌入在離散小波變換(DWT)系數(shù)的低頻子帶?？紤]到信號能量在DA/AD變換后發(fā)生改變，信息嵌入在三組小波系數(shù)之間的能量關(guān)系上。由于時間軸上的伸縮是線性的、微小的并且是一個插值過程，我們

4、設(shè)計了基于同步碼和線性插值操作的重同步方案。根據(jù)兩個同步碼之間的音頻(段)在DA/AD變換前后的長度，計算伸縮因子，進(jìn)而進(jìn)行插值恢復(fù)。利用DWT的時頻局部特性，搜索同步碼的計算開銷得以減少。實驗表明，所提出的音頻水印方案對DA/AD變換是非常穩(wěn)健的，并且在StirmarkBenchmarkforAudio測試中對常見的信號處理和攻擊也有很好的性能。 (3)在音頻水印中，抗同步攻擊仍然是一個有待解決的難題。理論分析和實驗表明，音頻

5、直方圖形狀和均值是兩個對時域伸縮非常穩(wěn)健的特征。基于這一觀察，我們提出了一種抗同步攻擊的水印算法。音頻均值用來選擇生成直方圖的音頻幅值范圍，以達(dá)到抗音頻能量變化的目的。根據(jù)直方圖形狀對時域伸縮不變性，水印比特嵌入在三個連續(xù)的BIN的樣本數(shù)量的相互關(guān)系上。該水印方案具有非常好的抗同步攻擊性能，可抵抗將近±30％時域伸縮、大幅度的抖動和隨機(jī)裁剪等。 (4)通過對音頻Zenike矩的特性進(jìn)行分析，我們提出了一種基于Zernike矩的穩(wěn)