音频数字水印算法研究

论文摘要

随着计算机、网络、多媒体技术的迅速发展,人们可利用功能强、价格低的计算机方便地制作、复制多媒体产品,因特网的普及使得传播这些产品更容易。然而,这些技术也导致更容易地非法复制、修改和传播多媒体产品,从而对所有者的知识产权造成侵害。随着数字音频的广泛使用,对数字音频产品的保护显得越来越重要。音频数字水印则提供了一种版权保护的方案,版权所有者可以在原始信号中嵌入签名或版权信息,如:图像、文本、序号等,这些添加的信息是不可见或不可闻的,不容易被察觉,能抵抗各种攻击。音频数字水印能有效地保护知识产权,并正逐渐成为数字水印中的一个重要研究方向。本文在非压缩域和压缩域中对音频数字水印算法进行了研究,并提出了较为全面的算法和观点和算法。论文的主要工作包括:1.首先对音频水印技术的有关知识进行了概述,然后从原始音频和压缩音频两种载体出发,介绍和分析了各自典型的水印算法,最后讨论了鲁棒音频水印的评价框架。2.在非压缩音频部分,提出一种基于量化DCT的鲁棒音频水印。根据DC分量和AC分量在水印的鲁棒性和不可听性中起着不同的影响来设计水印算法,使水印的鲁棒性和不可听性得到更好的权衡。首先,把音频数据分成含有8个数据的不重叠块,然后,对每个数据块进行DCT变换;通过对DCT系数中DC分量和第四AC分量进行轮流调制来完成水印嵌入,每个数据块嵌入1比特信息。实验表明该水印算法对于叠加噪声,有损压缩,重量化等常见的数字信号处理具有较好的鲁棒性,同时,水印系统具有很好的不可听性。为检测算法的稳定性,我们还选择四种不同风格的音乐作为载体,实验结果表明,对于不同风格的音频,算法稳定性良好。与同类型的水印算法比较,不管是鲁棒性还是不可听性,本文算法都具有优势。3.在压缩域部分,首先对MP3编码方式,MP3帧结构作了详细的阐述。然后针对MP3帧中的比例因子和Huffman数据分别提出了一种压缩域水印算法。前者算法通过引入帧变化分析步骤,很好的实现了水印的自适应嵌入,对于不同的系统要求,还可以通过修改门限信噪比的值SNRl im按需进行水印嵌入,使算法具有更大灵活性。在牺牲一定的嵌入空间前提下,算法实现了水印信息的自同步。在基于Huffman的水印算法中,通过对Huffman数据的分析,引入了Huffman码对变化幅度F的概念,并根据F的大小来确定水印嵌入位置,F越小说明相应的Huffman码对对嵌入水印越不敏感,因此越适合作为水印嵌入位,实验表明,针对不同风格的音频上述两个算法都能达到良好的听觉效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 数字水印研究与应用
• 1.2.1 数字水印类型
• 1.2.2 数字水印的应用
• 1.3 论文主要内容与结构
• 第二章 音频数字水印算法分类与评估标准
• 2.1 音频数字水印相关技术简述
• 2.1.1 听觉系统对声音的感知特性
• 2.1.2 音频数字水印基本模型
• 2.1.3 对音频水印系统的理想要求
• 2.2 音频数字水印算法分类
• 2.2.1 时域算法
• 2.2.2 频域算法
• 2.2.3 压缩域算法
• 2.3 音频数字水印评估标准
• 2.3.1 不可听性评价
• 2.3.2 鲁棒性评价
• 2.3.3 水印容量
• 第三章 基于量化DCT 鲁棒音频水印
• 3.1 引言
• 3.2 WAVE 文件格式介绍
• 3.3 基于量化的嵌入思想
• 3.3.1 单极性参数的抖动调制
• 3.3.2 双极性参数的抖动调制
• 3.4 一种基于量化DCT 鲁棒音频水印
• 3.4.1 DCT 系数噪声敏感分析
• 3.4.2 水印图像的预处理
• 3.4.3 水印嵌入与提取算法描述
• 3.5 实验结果与性能分析
• 3.5.1 不可听性评价
• 3.5.2 鲁棒性评价
• 3.5.3 算法稳定性分析
• 3.5.4 其他载体波形分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于MP3 音频水印算法研究
• 4.1 引言
• 4.2 MP3 编码技术介绍
• 4.2.1 滤波器组（filter bank）
• 4.2.2 心理声学模型（psychoacoustic model）
• 4.2.3 临界频带和比例因子带（scale factor bands）
• 4.2.4 比例因子（scale factor）
• 4.2.5 MP3 帧结构
• 4.3 在MP3 比例因子中嵌入水印可能性分析
• 4.4 基于比例因子的MP3 水印算法详述
• 4.4.1 算法步骤
• 4.4.2 嵌入与提取规则
• 4.4.3 实验结果和性能分析
• 4.5 基于哈夫曼码的MP3 水印算法
• 4.5.1 码对的选取
• 4.5.2 码对变化幅度定义
• 4.5.3 水印嵌入与提取过程
• 4.5.4 实验结果和性能分析
• 4.6 结论
• 第五章 总结与展望
• 5.1 个人工作小结
• 5.2 音频水印技术展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文