数字音频水印算法的研究与设计

论文摘要

伴随着网络技术和多媒体技术的飞速发展,多媒体数据已经成为人们获取信息的重要来源,如何对多媒体信息进行数字版权保护成为国际上研究的热门课题。数字水印技术作为版权保护的重要手段,得到了广泛的研究和应用。它通过在原始数据中嵌入秘密信息—水印(watermark)来证实该数据的有效性或完整性,以此来抵制对数字作品的盗版或篡改等。目前在数字音频水印的研究中,已提出了一些算法,但是随着多媒体技术的发展,水印技术也期待着更大的突破。本文首先阐述了本课题的研究背景和意义,并介绍了数字水印问题的提出及相关概念、原理与分类。接着,专门针对音频文件,介绍了数字音频水印算法的基本原理、实现的框架、常见的攻击与对策。第三章,结合声音的特性以及人耳的听觉特性,在介绍常见音频文件格式的基础上,区分为时域、变换域、压缩域,从不同的领域分别介绍现有的数字音频水印技术特点,并进行一定的分析与评价。接下来的两章,在介绍MID、WAV音频格式的基础上,深入的研究和分别探讨了水印数据的嵌入、水印数据的提取与验证各个算法环节。算法设计中,结合不同的应用目的与格式特点,通过实验验证其正确性。同时,算法还具有提取水印数据信息时独立盲提取的优点。每种水印算法后,都对其进行了鲁棒性、隐蔽性、数据容量方面的测试。实验结果表明在隐蔽性方面,两种格式的算法嵌入水印数据而引入的噪声完全位于人耳的听觉掩蔽曲线值以下,不会影响人耳的主观听觉。在数据容量方面,不同的音频格式下,音频信号嵌入的水印数据量可以达到相当大的一个容量。在鲁棒性测试上,本文的算法针对不同的音频格式,来验证具有鲁棒性。检查的同时,又提出了本算法相应的优点与不足,为今后更好的设计提出了一个思路。文章的最后对本课题今后的改进方向作了阐述,并介绍了数字水印技术的发展趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 课题研究背景和意义
• 1.2 数字水印概述
• 1.2.1 数字水印的概念
• 1.2.2 数字水印的基本原理
• 1.2.3 数字水印的分类
• 1.3 论文的安排
• 第二章 数字音频水印算法原理
• 2.1 数字音频水印概述
• 2.1.1 数字音频水印的特征
• 2.1.2 对数字音频水印的要求
• 2.1.3 数字音频水印的典型应用
• 2.2 数字音频水印模型及算法框架
• 2.2.1 数字音频水印的模型
• 2.2.2 数字音频水印的算法框架
• 2.3 对数字音频水印的攻击及对策
• 第三章 声音特性与现有数字音频水印技术
• 3.1 声音的特征
• 3.1.1 声音的特征
• 3.1.2 人耳听觉特性
• 3.2 常见音频文件格式
• 3.3 数字音频水印技术分析
• 3.3.1 时域的音频水印技术
• 3.3.2 变换域的音频水印技术
• 3.3.3 压缩域的音频水印技术
• 3.3.4 脆弱性的音频水印技术
• 3.3.5 常见水印算法分析与比较
• 第四章 MIDI声音格式的水印设计
• 4.1 MIDI音频文件格式
• 4.1.1 头块
• 4.1.2 轨迹块
• 4.2 MIDI命令格式
• 4.2.1 MIDI事件命令
• 4.2.2 meta事件
• 4.2.3 系统信息命令
• 4.3 MIDI音频水印算法
• 4.3.1 嵌入原理
• 4.3.2 提取原理
• 4.4 MIDI水印算法程序流程
• 4.4.1 嵌入程序
• 4.4.2 提取程序
• 4.5 MIDI水印算法测试
• 4.5.1 水印数据隐蔽性测试
• 4.5.2 水印信息容量测试
• 4.5.3 水印算法性能测试
• 第五章 WAV声音格式的双水印设计
• 5.1 WAV音频文件存放方式
• 5.2 WAV音频文件格式
• 5.3 WAV音频双水印算法
• 5.3.1 水印嵌入
• 5.3.2 水印的提取和检验
• 5.4 WAV水印算法测试
• 5.4.1 水印数据隐蔽性测试
• 5.4.2 水印信息容量测试
• 5.4.3 水印算法性能测试
• 第六章 结论
• 6.1 本课题小结
• 6.2 本课题的改进方向
• 6.3 总结和展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录