变换域鲁棒音频水印算法研究

论文摘要

随着因特网和音频压缩技术的飞速发展,数字音频的传播变得极其便利,同时,对音频作品的保护也变得越来越重要。数字音频水印技术是一种保护音频版权的有效手段,它通过向音频作品中隐藏一些标识性信息(即水印),以此来达到保护音频作品的完整性和著作人的权利。本文主要研究变换域鲁棒音频水印技术。本文首先阐述了课题的研究意义,介绍了数字音频水印的基本理论,总结了当前的国内外研究现状。然后,结合离散小波变换和经验模态分解,设计了一种鲁棒音频水印算法,该算法能抵抗各种常见信号处理操作。最后,引入人耳听觉系统的掩蔽效应,提出了一种新的基于小波包域听觉感知分析的盲音频水印算法。本文的主要工作包含以下几个方面：1)探讨了人耳听觉系统的特性,结合实例分析了近几年时域、频域和压缩域的典型鲁棒数字音频水印算法,为本文的进一步研究奠定了基础。2)介绍了离散小波变换和经验模态分解的基本原理和特性,离散小波变换具有较好的时频特性,可以由粗及细逐步观察信号,而经验模态分解算法基于音频信号局部特征,可以将信号自适应的分解,通过理论和实验分析可知,对信号进行经验模态分解后的残余分量具有较强的稳健性。因此,本文将离散小波变换的多分辨率分析特性和经验模态分解的自适应性结合在一起,设计了一种盲音频水印算法。首先对信号离散小波变换后的低中频系数进行经验模态分解,利用经验模态分解后的残余分量不易改变的特点,将水印信息嵌入在残余分量中。该算法对基于Cool Edit Pro 2.0和Stirmark测试平台的常见信号处理具有较强的鲁棒性。3)结合人耳听觉系统的掩蔽效应和小波包分解设计了一种自适应的盲音频水印算法,通过小波包分解将信号的频带划分成能更好的适应人耳听觉特性的非均匀子带,在小波包域计算子带掩蔽阈值和能量,水印的嵌入选取小波包分解的低中频部分子带掩蔽阈值与能量差值最大的4个子带,量化步长由所选子带掩蔽阈值与能量的差值自适应的调整。实验结果表明,该算法在保证水印不可感知性的同时,对重采样、低通滤波、MP3压缩等操作具有较强的稳健性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究意义
• 1.2 数字音频水印概述
• 1.2.1 数字音频水印的定义和特点
• 1.2.2 数字音频水印的基本理论框架
• 1.2.3 数字音频水印的应用
• 1.2.4 数字音频水印的国内外研究现状
• 1.3 本文的主要内容与结构安排
• 第二章 数字音频水印技术概述
• 2.1 听觉系统对声音的感知特性
• 2.1.1 绝对听觉阈值
• 2.1.2 掩蔽效应
• 2.2 典型的鲁棒数字音频水印算法
• 2.2.1 时域音频水印算法
• 2.2.2 频域（变换域）音频水印算法
• 2.2.3 压缩域音频水印算法
• 2.3 数字音频水印攻击与评价标准
• 2.3.1 音频水印攻击
• 2.3.2 音频水印的评价标准
• 2.4 本章小结
• 第三章 基于DWT和EMD的鲁棒音频水印算法
• 3.1 小波变换的基本理论
• 3.1.1 小波变换定义及特点
• 3.1.2 音频信号的小波变换
• 3.2 EMD方法的基本原理
• 3.2.1 固有模态函数
• 3.2.2 EMD分解的具体步骤
• 3.3 算法主要内容
• 3.3.1 水印的嵌入
• 3.3.2 水印的提取
• 3.4 仿真实验结果及分析
• 3.4.1 嵌入容量分析
• 3.4.2 阈值设置及不可听性测试
• 3.4.3 鲁棒性测试
• 3.5 本章小结
• 第四章 基于听觉特性的小波包域鲁棒音频水印算法
• 4.1 音频信号的小波包分解与心理声学模型
• 4.1.1 小波包分解
• 4.1.2 基于小波包域的心理声学模型
• 4.2 算法主要内容
• 4.2.1 水印预处理
• 4.2.2 水印的嵌入
• 4.2.3 水印的提取
• 4.3 仿真实验结果及分析
• 4.3.1 不可听性测试
• 4.3.2 鲁棒性测试
• 4.4 本章小结
• 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文