穩(wěn)健音頻水印研究.pdf

1、近年來(lái)，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(lái)了很大的便利，但也帶來(lái)了音頻作品的安全問(wèn)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(lái)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(wèn)題。本文主要對(duì)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(shí)域伸縮攻擊的問(wèn)題。同時(shí)，我們也對(duì)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(guò)分析大量的實(shí)驗(yàn)，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(shí)間軸上的線(xiàn)性伸縮。其中，發(fā)生在時(shí)間軸上的線(xiàn)性伸縮表現(xiàn)為一個(gè)插值過(guò)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(duì)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(shí)間軸上線(xiàn)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(duì)DA/AD變換非常敏感。 (2)針對(duì)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(hào)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(shí)間軸上的伸縮是線(xiàn)性的、微小的并且是一個(gè)插值過(guò)程，我們

4、設(shè)計(jì)了基于同步碼和線(xiàn)性插值操作的重同步方案。根據(jù)兩個(gè)同步碼之間的音頻(段)在DA/AD變換前后的長(zhǎng)度，計(jì)算伸縮因子，進(jìn)而進(jìn)行插值恢復(fù)。利用DWT的時(shí)頻局部特性，搜索同步碼的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)得以減少。實(shí)驗(yàn)表明，所提出的音頻水印方案對(duì)DA/AD變換是非常穩(wěn)健的，并且在StirmarkBenchmarkforAudio測(cè)試中對(duì)常見(jiàn)的信號(hào)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(gè)有待解決的難題。理論分析和實(shí)驗(yàn)表明，音頻

5、直方圖形狀和均值是兩個(gè)對(duì)時(shí)域伸縮非常穩(wěn)健的特征?；谶@一觀(guān)察，我們提出了一種抗同步攻擊的水印算法。音頻均值用來(lái)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(duì)時(shí)域伸縮不變性，水印比特嵌入在三個(gè)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(shí)域伸縮、大幅度的抖動(dòng)和隨機(jī)裁剪等。 (4)通過(guò)對(duì)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)