基于心理声学模型的多功能音频数字水印研究

论文摘要

在现代信息社会中，数字音频技术及互联网技术的发展越来越快，在人们充分享受现代信息技术带来的多方位、便捷的数字化生活的同时，数字媒体内容特别是音频数字作品的安全问题也随之而来，有恶意的个人和团体有可能在没有得到作品所有者的许可下，随意复制、篡改、传播有版权的音频数字作品，使得数字作品的作者和发行者的利益受到极大损害。在这种情况下，音频数字水印技术作为解决数字音频作品版权问题的有效方式，在数字音频作品版权保护方面将发挥重要作用。本文提出了基于心理声学模型的多功能音频数字水印算法。它利用声音的掩蔽效应，通过生理学上的心理声学模型计算出一个掩蔽阈值，把水印能量控制在掩蔽阈值以下，从而使水印不可感知。水印嵌入前，首先对原始载体音频信号进行分帧并进行FFT变换，然后同时在载体音频作品中嵌入两个水印(多功能音频数字水印)：在大于掩蔽阈值的载体音频频谱的低频区嵌入鲁棒水印，在小于掩蔽阈值的频谱高频区嵌入脆弱水印，这种嵌入方法是本文最大的一个创新点。其中鲁棒水印能够抵抗相应的信号处理操作和恶意攻击，用来确认音频作品的版权所有者，脆弱水印对一些信号处理操作具有脆弱性，从而可用脆弱型水印对该音频作品进行完整性认证。最后采用水印嵌入过程的逆过程对水印进行提取。水印嵌入后，本文讨论了水印对MP3有损压缩、添加噪声、低通滤波以及重采样等攻击的抵抗力。实验表明，在这四种攻击下，依据本文算法所提取的鲁棒水印标识与原始水印图像具有明显的视觉相似性，水印鲁棒性较高，能有效地起到版权确认作用，而脆弱水印对攻击具有很强的敏感性，很容易对数字音频信号是否发生篡改或破坏做出结论，从而能很好地对音频作品的完整性进行认证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.2.1 时域算法
• 1.2.2 变换域算法
• 1.3 音频数字水印系统及模型
• 1.3.1 音频数字水印的分类
• 1.3.2 音频数字水印系统通用模型
• 1.3.3 音频数字水印的性能指标及对音频水印系统的攻击
• 1.4 本文的研究工作
• 第二章 心理声学模型
• 2.1 声音的掩蔽效应
• 2.1.1 时域掩蔽效应
• 2.1.2 频域掩蔽效应
• 2.2 心理声学模型
• 2.2.1 频谱分析和声压级标准化
• 2.2.2 确定纯音掩蔽音和噪声掩蔽音
• 2.2.3 抽取和重组掩蔽音
• 2.2.4 计算单个频带掩蔽阈值
• 2.2.5 计算总体掩蔽阈值
• 2.2.6 决定最低掩蔽阈值
• 第三章 多功能音频数字水印算法
• 3.1 水印预处理
• 3.1.1 水印生成
• 3.1.2 水印降维
• 3.1.3 伪随机排序
• 3.2 水印的嵌入
• 3.2.1 音频信号的分帧及FFT变换
• 3.2.2 计算掩蔽阈值
• 3.2.3 水印嵌入位置的选取
• 3.2.4 水印的调制整形
• 3.2.5 水印的嵌入
• 3.2.6 音频信号的恢复
• 3.3 水印的提取
• 第四章 实验结果与分析
• 第五章 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 攻读硕士学位期间发表的论文