基于擴頻技術(shù)的時域音頻水印的研究與改進.pdf

1、隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和多媒體壓縮技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字多媒體信號(文本、音頻、視頻和圖像信號)可以輕易地被復(fù)制、傳送和修改。這就使得加強信息安全和保護知識產(chǎn)權(quán)成了需要迫切解決的問題,數(shù)字水印技術(shù)就是其中的一種解決方案。
　　 數(shù)字音頻水印技術(shù)通過輕微地改變原始數(shù)據(jù)以在音頻信號中嵌入版權(quán)等方面的附加信息即水印。本文只討論用于版權(quán)保護的,利用擴頻技術(shù)在時域嵌入二進制圖像數(shù)據(jù)的音頻水印技術(shù)。該類水印的主要缺點是:嵌入率較低以及對同步(例如變時間和變

2、調(diào)處理)等某些攻擊的魯棒性較差。本文在不對嵌入算法作大改動的前提下,主要在檢測(提取)算法中作改進,以提高水印的魯棒性。改進主要包括三個方面:采用自適應(yīng)的判決閾值、利用后處理技術(shù)抵抗變時間攻擊,以及采用基于高通濾波的白化處理抵抗變調(diào)攻擊。
　　 傳統(tǒng)的檢測技術(shù)是將相關(guān)運算的結(jié)果與一個固定的閾值作比較以判斷水印信息是“0”還是“1”,該閾值根據(jù)實驗或經(jīng)驗確定。本文則提出了一種自適應(yīng)選擇閾值的方案,該方案對所有幀的相關(guān)結(jié)果進行統(tǒng)計分

3、析,找出兩個主分布區(qū)的分界點,以此作為該音頻的最優(yōu)閾值。實驗結(jié)果表明,采用這種方式得到的閾值隨著音頻信號的不同以及攻擊手段的不同而不同,尤其是攻擊手段對閾值的影響最為明顯。自適應(yīng)閾值的引入不但提高了水印對一般攻擊的健壯性,比如高階低通濾波、重采樣、重量化和MPEG壓縮,也使得抗擊變調(diào)攻擊成為了可能。
　　 變時間不變調(diào)音效處理是通過有規(guī)律地復(fù)制或刪除信號小片段以改變音頻信號的長度。雖然水印同步遭到破壞,但局部數(shù)據(jù)段沒有改變,所以

4、相關(guān)檢測仍然可以進行,只是音頻數(shù)據(jù)量的改變會導(dǎo)致提取出的信息比特數(shù)量的改變,組合出的二進制圖像也就可能因變形而無法辨認(rèn)。本文提出一種簡單易行的稱作“后處理”的抗變時間攻擊的措施,那就是通過內(nèi)插和抽選兩種手段的結(jié)合,實現(xiàn)對提取出的信息比特數(shù)量的縮放,使其恢復(fù)攻擊前的尺寸。至于縮放比例的確定,則采取窮舉搜索的方式,直到提取出的水印錯誤率最小,而搜索又分成粗搜索和細(xì)搜索兩個步驟以提高搜索效率。實驗結(jié)果表明,該方法對運算量和存儲空間的要求不高,

5、對抗擊變時間攻擊非常有效,當(dāng)變時間的比例在0.3到2.0的范圍內(nèi)時,水印提取的比特錯誤率低于16％。
　　 變調(diào)不變時間音效處理是變時間處理和重采樣處理的結(jié)合。由于重采樣采用了對音頻信號的均勻抽選和內(nèi)插處理,所以不存在未被破壞的局部數(shù)據(jù)段,從理論上講,無法通過相關(guān)檢測提取出水印。但是本文根據(jù)大量的實驗發(fā)現(xiàn),相關(guān)運算前的最優(yōu)線性預(yù)測誤差濾波器是一個非線性相位的高通濾波器,只要將之替換成線性相位有限脈沖響應(yīng)高通濾波器,再結(jié)合自適應(yīng)的

6、閾值方案,仍然能夠成功地提取出被變調(diào)攻擊的水印信息。實驗結(jié)果表明,該方法對抗擊變調(diào)攻擊非常有效,當(dāng)變調(diào)攻擊的比例在0.7到2.3的范圍內(nèi)時,水印提取的比特錯誤率低于15％。考慮到高通濾波處理降低了水印對低通濾波類攻擊的魯棒性,所以最終的檢測器是兩種檢測器(分別采用最優(yōu)預(yù)測誤差濾波器和線性相位高通濾波器)的綜合,即對兩種相關(guān)值取最大再作比較判決。另外,兩種檢測手段的結(jié)合使水印對其它攻擊的魯棒性也得到了進一步的提高。
　　 總之,本