信息隐藏技术及其在WAV文件中的实现

摘要

近年来,随着计算机以及因特网的普及,数字图象、音频、视频等多媒体产品得到日益广泛的普及和应用,例如VCD、MP3等,许多音像档案资料采用数字化存储,有效地提高了信息传播的效率和准确度。现在我们可以在网上找到许多电子图书馆、电子档案馆。但同时也带了负面影响,有恶意的个人和团体有可能在没有作者的许可的情况下,随意复制、篡改、销售没有版权的音像制品。因此,如何进行版权保护和信息安全措施,己成为目前急待解决的问题之一。数字水印技术是解决数字产品产权保护的有效途径,它由传统密码学发展而来,融合了计算机、通信、生理学等当今多种学科的前沿研究成果,取得了很大发展。但目前的数字水印算法,主要集中在对图像和视频上,而对音频、语音数据产品的数字水印算法研究仍然较少,并且它们存在的缺点还很多。本文对目前最流行的最不重要位法(LSB)相关算法进行了必要的改进,并且提出了更多有效的针对音频、语音数据的数字水印算法。本文从信息论的角度,将载体也就是WAV音频文件看作信道,水印信息作为信号,并结合扩频通信的思想,在音频数据中嵌入水印。本文结合人类听觉系统的特性,改进了现有的LSB能量比较法,并提出了一种新的适用于大容量水印信息嵌入的方法。最后,结合扩频的思想,我们先试用扩频码对整个水印信息进行扩展,然后将扩展后的水印信息嵌入到整个音频载体上去,这样就能够使水印信息均匀地分布到整个音频载体上,既使得水印的鲁棒性和透明性大大加强,又作为同步码降低了误码率。常用的扩频码是m码,因为它具有良好的自相关性和很弱的互相关性,但是当长度固定以后,m码的数量十分有限,所以保密性能较差。混沌码是目前扩频通信中研究的热门,它具有堪比m码的自相关性和很弱的互相关性,而且相同位数的混沌码数量又远远多于m码,因而保密性能好,所以为了改善水印的保密性,并且保证水印的鲁棒性。本文分别在基于平均能量选位的扩频音频水印中使用Logistic映射产生相同位数的混沌码和m码,并对水印性能进行了比较,实验表明,混沌码作为扩频码的音频数字水印和m码作为扩频码的扩频水印的鲁棒性和透明性基本是相同的,从而验证混沌码在音频数字水印中替换m码的可行性和优越性。本文使用VC 6.0搭建水印信息扩展、嵌入、提取的平台,进行了一系列的实验,基本上取得了预想效果。本文充分利用编码的相关技术,将对数字水印的嵌入、提取过程直观地展现出来,搭建的平台实际上可以应用于各种类型的载体和水印信息。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 概述

1.2 音频数字水印的概念及特征

1.2.1 音频数字水印技术的原理

1.2.2 音频数字水印技术的基本特征

1.2.3 对音频数字水印技术的攻击方法

1.3 数字水印的分类和应用

1.3.1 数字水印的分类

1.3.2 数字水印的应用

1.4 国内外研究现状

1.5 本文结构

第2章 音频数字水印和人类听觉系统特性

2.1 数字音频基础

2.1.1 声音

2.1.2 声音的数字化

2.1.3 WAV格式介绍

2.1.4 音频信号的传送环境

2.2 音频数字水印基础

2.2.1 音频数字水印系统的基本构成要素

2.2.2 音频数字水印系统的基本框架

2.2.3 水印信号的设计与产生

2.2.4 常见的音频数字水印算法

2.3 人类听觉系统特性

2.3.1 心理声学特性

2.3.2 听觉系统模型

2.4 本章小结

第3章 基于人类听觉特性的时域LSB算法的研究

3.1 基于能量比较的时域LSB算法改进

3.1.1 改进算法概述

3.1.2 算法的实现

3.1.3 仿真实验与结论

3.2 基于平均能量选位的能量比较的LSB算法

3.2.1 算法概述

3.2.2 实验与结论

3.3 基于振幅比较的LSB算法

3.3.1 算法概述

3.3.2 鲁棒性及透明性检测

3.3.3 听觉相似性检测

3.3.4 嵌入量检测

3.4 本章小结

第4章 关于音频数字水印同步性的研究

4.1 同步问题的提出

4.2 基于扩频技术原理的同步性研究

4.2.1 扩频数字水印算法概述

4.2.2 扩频数字水印算法概述

4.3 混沌序列作为同步码的改进方案

4.4 水印性能测试

4.4.1 鲁棒性及透明性检测

4.4.2 听觉透明性检测

4.5 本章小结

结论

参考文献

致谢