鲁棒性数字音频水印技术研究

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随着网路的发展数字音频水印技术备受关注,继而成为国内外研究的热点和难点问题。数字音频水印技术是利用人类听觉系统的生理-心理特性,在不影响原始音频质量的条件下,向其中嵌入具有特定意义且易于提取的信息,并能够抵抗一般的音频信号处理或盗版者的某些恶意攻击,以达到掩蔽通信和版权保护的目的。近年来鲁棒性数字音频水印技术备受关注,出现了各种关于鲁棒性数字音频水印技术的文章。   本文通过对现有的鲁棒性数字水印技术的研究,并结合信道编码,扩频技术和同步技术等相关知识,在现有的一些基本理论和常用方法的基础上,完成了以下几个主要工作:   (1)简单的介绍了数字音频水印的相关原理,包括基本定义、理论框架、分类、技术特征和算法特点,总结了数字音频水印的应用领域及国内外的研究现状,并分析了未来数字音频水印发展的趋势。   (2)分析了数字音频水印的典型算法,着重介绍了变换域的基于离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)和离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)的相关算法。并总结了现有的主要攻击方法和评价指标,在此基础上简单介绍了水印同步的相关知识和与本文相关的基础数学知识。   (3)结合编码技术的纠错能力,研究了一种基于Turbo码的鲁棒性音频水印算法。该算法在水印嵌入之前先利用Turbo码对一维化处理后的水印序列进行编码,然后将编码后的水印序列嵌入到小波变换后的低频系数做奇异值分解后的对角矩阵中。最后在水印提取时采用Turbo迭代译码算法进行译码得到水印序列,文中编译码部分是在传统的Turbo码外部加入了另一个伪随机交织器来达到抵抗突发错误的目的。   (4)针对现有的有关扩频水印算法中忽略了在未知扩频周期及其序列的基础上对扩频水印进行盲提取的问题,研究了一种基于DWT和DCT域的扩频水印盲提取算法。该算法在嵌入时利用扩频技术良好的抗干扰能力来提高水印鲁棒性,将扩频后的水印信息隐藏在音频文件小波分解的低频系数再做离散余弦变换后的第五个系数中。水印提取时在扩频序列及其周期均未知的情况下,采用二次谱和奇异值分解的方法对嵌入时使用的扩频参数和伪码波形进行估计,实现了数字音频中扩频水印的盲提取。   (5)针对同步攻击的问题,研究了一种基于小波变换的双同步音频水印算法。该算法同时借助外同步和自同步两种思想,采用m序列作为外同步信号,谱熵作为自同步信号,将m序列嵌入音频信号的时域来定位水印嵌入的起始位置,并把紧接着嵌入m序列后的一段音频数据作小波变换,提取低频系数分段求其谱熵,利用谱熵的最大值来定位水印嵌入的具体位置,最后把水印嵌入到最大谱熵值对应的小波系数中。   上面研究的各种算法都进行了MATLAB仿真实验,并进行了理论分析和比较。验证了研究算法的可行性和性能效果,为实际应用打下了理论基础,具有很好的实用价值和应用前景。
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