基于听觉模型和PSO的数字音频水印算法研究

摘要

多媒体技术和计算机网络的迅速发展促进了多媒体信息的传播和复制，但随之而来的盗版侵权活动也日益猖獗。为了解决信息安全问题，数字水印技术应运而生，并且获得了迅速的发展，已经广泛应用在版权保护、内容认证和完整性校验、数字指纹、使用控制、广播监控、隐秘通信等领域。尽管当前的音频水印算法已经获得了很好的鲁棒性和不可感知性，但是多数算法对水印嵌入容量问题考虑较少。由于奇异值分解具有良好的稳定性，常用于鲁棒音频水印算法中，但是当前基于奇异值分解的水印算法依然存在不足，需要进一步研究和改进。 本文针对以上问题开展研究，具体工作如下： （1）结合小波包变换和人耳心理声学模型，提出了一种自适应的混合域音频盲水印算法，在不引入明显听觉失真的前提下，实现了大容量的水印嵌入。算法首先采用小波包变换将分段音频信号分解到26个子带中，其次对每个子带的小波包系数进行离散余弦变换，计算出子带掩蔽阈值。根据子带掩蔽阈值自适应的选取水印嵌入段和水印嵌入位置，同时根据掩蔽阈值计算出的水印嵌入强度自适应的控制由水印嵌入引起的听觉偏倚。二值水印图像通过量化索引调制的方法嵌入到音频信号的中低频系数中，提取水印时不需要原始音频载体。实验结果表明本算法在水印容量、不可感知性和鲁棒性之间达到了很好的平衡，水印容量在576.7bps到689.5bps之间，算法对添加噪声、重新量化、重新采样、低通滤波和MP3压缩均具有很好的鲁棒性。 （2）提出了一种基于DWT-SVD和粒子群优化的音频水印算法，算法首先将音频载体信号进行SVD变换，选取最大奇异值组成的向量进行小波变换，将图像水印和同步码构成的水印序列嵌入小波变换后的近似分量中，由于本算法应用了小波变换的多分辨率特性和SVD变换的稳定性，使得水印具有较好的鲁棒性，不仅能够抵抗常见信号处理攻击，而且能够抵抗同步攻击。在水印嵌入的过程中，本算法采用了粒子群优化算法，以寻求水印鲁棒性和不可感知性之间的平衡为优化目标，寻找最优水印嵌入强度。实验结果表明，按照求解出的最优水印嵌入强度嵌入水印能够达到水印不可感知性和鲁棒性的折衷。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 音频水印技术的应用

1.4 主要研究内容及论文结构

第2章 数字音频水印概述

2.1 数字水印系统的基本框架

2.2 音频水印技术需要满足的特性

2.3 音频水印技术的分类

2.4 音频水印技术的评价标准

2.5 现有的音频水印算法及其研究

2.6 音频水印常见攻击方法

2.7 本章小结

第3章 基于听觉模型的混合域自适应音频盲水印算法

3.1 引言

3.2 小波包变换和心理声学模型

3.3 水印嵌入算法

3.4 水印提取算法

3.5 仿真试验

3.6 本章小结

第4章 一种基于DWT-SVD和粒子群优化的音频水印算法

4.1 引言

4.2 相关基础知识

4.3 基于DWT-SVD和粒子群优化的音频水印算法

4.4 实验结果与分析

4.5 本章小结

第5章 总结与展望

5.1 本文工作总结

5.2 未来工作展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢