基于擴(kuò)頻技術(shù)的時(shí)域音頻水印的研究與改進(jìn).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(hào)(文本、音頻、視頻和圖像信號(hào))可以輕易地被復(fù)制、傳送和修改。這就使得加強(qiáng)信息安全和保護(hù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)成了需要迫切解決的問(wèn)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(guò)輕微地改變?cè)紨?shù)據(jù)以在音頻信號(hào)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(hù)的,利用擴(kuò)頻技術(shù)在時(shí)域嵌入二進(jìn)制圖像數(shù)據(jù)的音頻水印技術(shù)。該類(lèi)水印的主要缺點(diǎn)是:嵌入率較低以及對(duì)同步(例如變時(shí)間和變

2、調(diào)處理)等某些攻擊的魯棒性較差。本文在不對(duì)嵌入算法作大改動(dòng)的前提下,主要在檢測(cè)(提取)算法中作改進(jìn),以提高水印的魯棒性。改進(jìn)主要包括三個(gè)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(shí)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(cè)技術(shù)是將相關(guān)運(yùn)算的結(jié)果與一個(gè)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(shí)驗(yàn)或經(jīng)驗(yàn)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(duì)所有幀的相關(guān)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分

3、析,找出兩個(gè)主分布區(qū)的分界點(diǎn),以此作為該音頻的最優(yōu)閾值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,采用這種方式得到的閾值隨著音頻信號(hào)的不同以及攻擊手段的不同而不同,尤其是攻擊手段對(duì)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(duì)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(shí)間不變調(diào)音效處理是通過(guò)有規(guī)律地復(fù)制或刪除信號(hào)小片段以改變音頻信號(hào)的長(zhǎng)度。雖然水印同步遭到破壞,但局部數(shù)據(jù)段沒(méi)有改變,所以

4、相關(guān)檢測(cè)仍然可以進(jìn)行,只是音頻數(shù)據(jù)量的改變會(huì)導(dǎo)致提取出的信息比特?cái)?shù)量的改變,組合出的二進(jìn)制圖像也就可能因變形而無(wú)法辨認(rèn)。本文提出一種簡(jiǎn)單易行的稱(chēng)作“后處理”的抗變時(shí)間攻擊的措施,那就是通過(guò)內(nèi)插和抽選兩種手段的結(jié)合,實(shí)現(xiàn)對(duì)提取出的信息比特?cái)?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(cuò)誤率最小,而搜索又分成粗搜索和細(xì)搜索兩個(gè)步驟以提高搜索效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法對(duì)運(yùn)算量和存儲(chǔ)空間的要求不高,

5、對(duì)抗擊變時(shí)間攻擊非常有效,當(dāng)變時(shí)間的比例在0.3到2.0的范圍內(nèi)時(shí),水印提取的比特錯(cuò)誤率低于16％。
　　 變調(diào)不變時(shí)間音效處理是變時(shí)間處理和重采樣處理的結(jié)合。由于重采樣采用了對(duì)音頻信號(hào)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(wú)法通過(guò)相關(guān)檢測(cè)提取出水印。但是本文根據(jù)大量的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),相關(guān)運(yùn)算前的最優(yōu)線性預(yù)測(cè)誤差濾波器是一個(gè)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(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方法對(duì)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(shí),水印提取的比特錯(cuò)誤率低于15％。考慮到高通濾波處理降低了水印對(duì)低通濾波類(lèi)攻擊的魯棒性,所以最終的檢測(cè)器是兩種檢測(cè)器(分別采用最優(yōu)預(yù)測(cè)誤差濾波器和線性相位高通濾波器)的綜合,即對(duì)兩種相關(guān)值取最大再作比較判決。另外,兩種檢測(cè)手段的結(jié)合使水印對(duì)其它攻擊的魯棒性也得到了進(jìn)一步的提高。
　　 總之,本