音频数字水印实现方案的研究

摘要

计算机、因特网的迅速发展和电子政务、电子商务的逐渐普及,使得各种数字化产品可以方便地在互联网上进行发行和传播,数字化信息交流方式达到了空前的广度和深度。但是与此同时,数字化信息的非法篡改、非法复制和非法传播也变得更加容易,数字化信息的安全存储、安全传输及安全访问面临着新的挑战,数字化产品版权所有人的合法权益被侵害的现象日益严重。因而,在高度信息化、全面网络化的当今社会,如何既能使网络资源得到充分利用,又能有效保护数字化产品的版权已变得越来越重要。
　　 数字音频产品是数字化多媒体产品的重要组成部分,其使用范围的日益广泛使得数字音频产品版权保护成为一个迫切需要解决的问题。音频数字水印即为一种保护音频产品版权的重要手段,对该技术进行深入的研究有着很强的现实意义。版权所有人可以通过在原始青频数据中嵌入不可见或不可察的图像、序列号、文本等签名或版权信息,这些被嵌入的信息与原始音频数据紧密结合且不可分离。音频数字水印技术已在国际学术界和企业界引起了广泛关注,作为现今信息安全领域的一门特点研究技术,它能够有效地保护音频产品版权所有人的合法权益。
　　 根据人类听觉系统(HAS)的特点,与人类视觉系统(HVS)对图像变化的灵敏度相比,它对声音变化的灵敏度要高得多,因而与在静态图像信号中嵌入数字水印相比,在音频数据中嵌入数字水印的难度要大得多。目前,国内和国际上对数字水印技术的研究主要是以静态图像信号作为嵌入对象的,而列基于音频数据的水印嵌入技术的研究并不多见。
　　 本文针对音频数字水印的实现方案进行了研究,为了使水印满足鲁棒性、透明性、盲检测和盲提取等各项要求,本文研究了以下几种音频数字水印实现方案:
　　 (1)基于能量比较的音频数字水印实现方案。此方案中,作为嵌入对象的音频信号被划分成若干段。每一段包含相同的取样点,每一段又被划分成若干节,每一节也包含相同的取样点。对每段的前两节作能量比较,根据数字水印的比特位,与人类听觉系统(HAS)的掩敝效应相合,通过不改变或减少音频信号能量的办法实现音频数字水印的嵌入。
　　 (2)基于振幅比较的音频数字水印实现方案。此方案中,作为嵌入对象的音频信号被划分成若干个片段,每个片段包含相同的取样点。列每个片段的前两个取样点作振幅比较,根据数字水印的比特位,与人类听觉系统(HAS)的掩蔽效应相结合,通过不改变或减小音频信号振幅的方法实现音频数字水印的嵌入。
　　 (3)基于小波变换的音频数字水印实现方案。此方案中,作为嵌入对象的音频信号被划分成若干帧,每帧包含相同的取样点,每一帧又被划分成若干节,每一节也包含相同的取样点。对每帧的前二节进行小波变换,将精细分量进行能量比较,根据数字水印的比特位,与人类听觉系统(HAS)的掩敝效应相结合,通过不改变或减小精细分量能量的方法,将音频数字水印嵌入到精细分量中。
　　 (4)基于倒谱变换的音频数字水印实现方案。此方案中,作为嵌入对象的音频信号被划分成若干帧,每帧包含相同的取样点,对指定帧进行复倒谱变换,比较复倒谱系数的均值和阈值,根据水印序列是“0”或“1”,通过不改变或减小、增大复倒谱系数均值的方法,将音频数字水印嵌入到复倒谱系数中。
　　 通过使用MATLAB对以上音频数字水印实现方案进行仿真实验,证明上述音品数字水印实现方案能够顺利通过包括低通滤波、重采样、添加高斯白噪声、进行有损压缩和音频格式转换等各种常见的信号处理和承受攻击的性能测试,可以较好满足鲁棒性、透明性和水印盲检测、盲提取等各项要求。