基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法的數(shù)字音頻水印技術(shù)研究.pdf

1、隨著互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字多媒體技術(shù)的迅速發(fā)展，人們可以通過互聯(lián)網(wǎng)等各種渠道方便快捷地獲得、編輯、復(fù)制和傳播越來越多的數(shù)字音頻。這給人們帶來了很大便利，但同時(shí)也產(chǎn)生了日益嚴(yán)重的安全問題，諸如數(shù)字音頻的版權(quán)保護(hù)等。作為數(shù)字音頻版權(quán)保護(hù)的一種重要手段，數(shù)字音頻水印技術(shù)具有非常重要的應(yīng)用前景，近年來已經(jīng)取得了快速進(jìn)展。然而，仍然存在著許多有待解決的關(guān)鍵問題。本文在深入分析魯棒音頻水印方法的基礎(chǔ)上，對(duì)基于機(jī)器學(xué)習(xí)的水印方法進(jìn)行了深入的研究，探討了三種新穎

2、的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的音頻水印技術(shù)。論文的主要內(nèi)容如下：
　　 (1)針對(duì)現(xiàn)有的一些基于機(jī)器學(xué)習(xí)方法（諸如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)等）的訓(xùn)練算法復(fù)雜和訓(xùn)練時(shí)間長(zhǎng)等問題，提出了一種基于核判別分析的音頻水印方法。在降采樣技術(shù)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了一種能量關(guān)系調(diào)制技術(shù)。這種能量關(guān)系調(diào)制技術(shù)主要由兩部分組成：一是能量關(guān)系的調(diào)制，二是DWT系數(shù)的比例調(diào)制方法。它帶來的優(yōu)點(diǎn)是能夠較好地保障水印系統(tǒng)的不可感知性（即含水印音頻的聽覺質(zhì)量），并且將能量關(guān)系隱藏到音

3、頻信號(hào)中。基于核判別分析的水印檢測(cè)器通過學(xué)習(xí)在音頻信號(hào)中所隱藏的能量關(guān)系以提取出水印。借助于核判別分析的強(qiáng)大的（非線性）學(xué)習(xí)能力和良好的泛化能力，這種水印檢測(cè)器具有高的魯棒性，同時(shí)核判別分析的訓(xùn)練算法具有簡(jiǎn)單、快速的優(yōu)點(diǎn)。
　　 (2)以尋求不可感知性和同時(shí)抵抗常規(guī)信號(hào)處理操作和去同步攻擊的魯棒性之間的平衡作為優(yōu)化目標(biāo)，提出了一種多小波域中的能夠抵抗常規(guī)信號(hào)處理操作和去同步攻擊的音頻水印方案。首先，采用均值量化技術(shù)在時(shí)域嵌入同步

4、碼，其作用是用于確定水印信號(hào)的嵌入位置以抵抗去同步攻擊對(duì)水印嵌入位置的破壞。其次，設(shè)計(jì)了一種能量量化調(diào)制方法用于實(shí)現(xiàn)水印的嵌入。該調(diào)制技術(shù)以低頻多小波系數(shù)的局部能量指標(biāo)作為調(diào)制對(duì)象，并通過代數(shù)學(xué)公式導(dǎo)出相應(yīng)的多小波低頻系數(shù)的修改公式。最后，利用粒子群優(yōu)化技術(shù)所設(shè)計(jì)的音頻水印優(yōu)化過程自動(dòng)地確定水印算法的最優(yōu)水印參數(shù)。所得到的最優(yōu)水印參數(shù)能夠使不可感知性和同時(shí)抵抗常規(guī)信號(hào)處理操作和去同步攻擊的魯棒性之間達(dá)到最優(yōu)平衡。
　　 (3)最

5、優(yōu)音頻水印問題本質(zhì)上應(yīng)該是一個(gè)多目標(biāo)優(yōu)化問題。然而，先前的基于遺傳算法的水印方法或方案采用一種加權(quán)和形式將最優(yōu)音頻水印問題轉(zhuǎn)化為一個(gè)單目標(biāo)優(yōu)化問題來求解。針對(duì)最優(yōu)音頻水印問題的多目標(biāo)本質(zhì)，提出了一種用于音頻水印算法性能優(yōu)化的多目標(biāo)優(yōu)化框架。以多目標(biāo)遺傳算法NSGA-Ⅱ?yàn)榛A(chǔ)，設(shè)計(jì)了一種具有變長(zhǎng)機(jī)制的多目標(biāo)遺傳算法及其音頻水印優(yōu)化過程，其中變長(zhǎng)機(jī)制包括變長(zhǎng)染色體、初始化機(jī)制、混合交叉操作和變異操作。傳統(tǒng)的音頻水印算法容易被集成到這個(gè)框架中