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【摘 要】： 简述了数字音频水印技术的产生背景、发展现状，着重介绍了音频数字水印技术在广播系统中的主要应用。
【关键词】音频水印；技术发展 ；广播系统；版权保护；
【分类号】：TN919.81
随着计算机网络和通信技术的飞速发展，数字媒体已得到了广泛的应用，随之而来的数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证等问题也变得日益突出。通常采用密码术保护数字媒体的知识产权 ，但密码术对内容的保护仅限于通信或访问控制，一旦数据被解密或被用户访问。则不再具有保护能力。为解决这些隐患，这里提出新的产权保护手段——数字水印。数字水印是一种可以在开放的网络环境下保护版权和认证来源及完整性的技术。音频信息隐藏的提出很好的解决了这些问题。通过在音频载体中嵌入水印信息，可以实现保密通信、拷贝限制、使用跟踪、盗用确认等功能。
一.数字音频水印的原理。
数字音频水印技术， 就是利用人类听觉系统的听觉生理- 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， 以达到掩蔽通信和版权保护目的的一种数字水印技术。根据应用目的的不同， 被嵌入的信息可以是版权标识符、作品序列号、文字（如艺术家和歌曲的名字）， 甚至是一个小的图像 或一小段音频 等。通常数字音频水印的算法包含两方面的内容： 水印的嵌入和水印的提取。
一个完整的数字水印系统应包含水印生成、嵌入和提取或检测3个基本部分。水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥把水印嵌入到原始作品载体中，得到含水印的作品载体，即使用观察到的作品。水印检测/提取算法利用相应的密钥从含水印的作品载体中检测或恢复出水印，只有检测者才可利用水印检测，提取算法和密钥从用户观察到的产品中检测或提取出水印。由于水印是透明的，因此嵌入水印的作品不易引起攻击者的注意。
二、数字音频水印的现状。
數字水印技术在国外取得一定发展的同时，在我国也引起了学者们的关注和研究。我国最早的水印算法是Bender等人在1996年提出来的，他们主要提出了四种水印算法，有最低有效位算法、回声隐藏算法、相位编码算法和扩频编码算法。通过实验证明，这些算法都有一定的使用价值。后来，Boney等学者把Cox方案运用到音频信号中，经过仿真实验发现，这也是一个比较有效的方法。再后来，又有一些研究人员进一步改进和完善了上面的几种算法，而且取得了较好的实验结果。
音频水印技术在近年来虽然有一定的发展，但在实际的应用中，能够完全对版权实施保护的方案却寥寥无几。音频数字水印技术的发展之所以不能达到图像数字水印的水平，一个原因是人类听觉系统模型（Human Auditory System，HAS）比人类视觉系统模型（Human Visual System，HVS）要敏感得多，如果在音频信号中嵌入微弱的水印信息，很有可能会被人耳感受到；另一个原因是在音频信号中嵌入水印的信息量远远小于在图像中嵌入的信息量。所以，目前音频数字水印技术面临的挑战是如何在保证水印鲁棒性和感知透明性的同时，提高水印的检测效率和嵌入强度。
三、数字音频水印在广播系统中的应用。
（1）、音频水印在广播节目文件传输系统中的应用
电台文件传输系统主要包含几个方面：
首先是记者外出采访的音频文件回传系统。现在很多音频文件的回传依靠音频文件服务器方式、专用私有协议网络方式和邮件方式等几种，但不管采用哪种方式.其主要目的在于防止其他用户的私自登录、防止黑客攻击和病毒攻击几个方面。如果系统中管理信息或用户登录信息泄露，那么整个系统的安全性将面临巨大的考验我们无法分清所传的音频文件本身是否由真正合法用户提供。所以对音频文件本身的合法性验证也是完善整个系统的一个重要方面。
其次是电台之间的音频文件交换系统。全国电台大部分已经实现前端数字化。各电台之间音频文件的直接交换越来越频繁。如何保证电台音频文件交换系统数据本身的安全和版权问题也是当前关心的重要问题。数字音频水印技术能够很好地满足上述要求，我们可以在传送之前利用LSB 水印处理技术将所需要传送的音频。文件进行水印处理添加用户识别码节目标识（作者名称、节目名称、出版单位）等同时利用私有密钥进行水印加密处理。在接收方对所收到的音频文件首先利用密钥进行解密处理验证用户的合法性。由于在水印的添加过程中已经包含了节目标识所以增加了版权的验证性。对于无法识别或提取不到水印的音频文件我们可以认为是不合法文件，或者是文件受到了恶意破坏。而且LSB 本身的算法比较简单，对音频的保真性也较好，同时在文件传输系统中其传输通道的性能较好对水印的鲁棒性要求几乎没有所以也最适合用于文件传输系统。
（2）、扩展频谱水印在广播节目监测系统中的应用
广告客户将广告投放于广播电台，如何保证客户的广告在每天规定的时间段播出并保证播出的次数是他们非常关心的问题。为了解决这个问题我们引入在每条广告音频中嵌入数字音频水印的方法，即将每条广告音频文件在制作完成后嵌入包含用户识别码和广告识别号的数字水印。这些水印随着广告一起播出和发射，同时在电台内部安装一台数字音频水印检测设备，通过接收广播开路信号并从开路信号中检测出所有广告的水印信息按照水印信息中的广告用户识别码和广告识别号。对广告进行分类统计并形成数据库文件用于网上发布和查询。客户或代理公司想查询自己所有广告的播出状况，可以通过网络进行实时查询.这样就可以知道每条广告实际播出的信息（包括播出时间和次数）广播节目的监测除了通常的质量监测之外，还应该包含节目本身合法性监测。合法监测主要分为两种：一种是异地代为发射的节目监测，大部分是将本台的节目传送到异地由异地发射机代为发射。这种监测主要是防止异地插播自己本地的节目和广告。另外一种是防止非法攻击的监测，这种监测主要是为了安全播出。不管是什么样的监测都是对节目本身进行身份验证确信接收到的信号是本台实际传送的信号。也可以称为节目版权认证。而水印技术的最大特点就是进行版权认证，我们可以对传送的节目进行分段或分节目实时顺序添加鲁棒性水印而全国电台大部分已经实现数字化。音频信号最前端主要来源于数宇音频文件，我们也可以对这些文件进行添加鲁棒性数字水印。在发射地或可接收地安装数字水印接收检测设备可以很方便地检测出这些水印信息以此来验证节目本身的合法性。由于在水印的嵌入和提取过程中均需要密钥处理，对其他人而言，密钥本身是保密的。所以即使知道水印的添加算法，对音频水印本身而言也是绝对安全的。
虽然数字音频水印技术还有这样或那样的问题，但是仍然有着广泛的应用前景。数字音频水印技术作为一种新兴的应用技术，它将促进多媒体技术、网络技术、通信技术、信息处理技术等多门新兴技术的有机结合，有助于多媒体信息版权保护及其版权冲突问题的解决。同时，它将促进隐蔽通信技术、信息安全技术的提高。
参考文献：
[ 1].宋玉杰， 谭铁牛. 基于脆弱性数字水印的图像完整性试验研究
[ J]. 中国图形图像学报， 2003， 8（1 ）： 1 - 7.
[2].范满平.数字音频水印技术及其在广播系统中的应用.数字版权技术，2007，9.
【关键词】音频水印；技术发展 ；广播系统；版权保护；
【分类号】：TN919.81
随着计算机网络和通信技术的飞速发展，数字媒体已得到了广泛的应用，随之而来的数字媒体的信息安全、知识产权保护和认证等问题也变得日益突出。通常采用密码术保护数字媒体的知识产权 ，但密码术对内容的保护仅限于通信或访问控制，一旦数据被解密或被用户访问。则不再具有保护能力。为解决这些隐患，这里提出新的产权保护手段——数字水印。数字水印是一种可以在开放的网络环境下保护版权和认证来源及完整性的技术。音频信息隐藏的提出很好的解决了这些问题。通过在音频载体中嵌入水印信息，可以实现保密通信、拷贝限制、使用跟踪、盗用确认等功能。
一.数字音频水印的原理。
数字音频水印技术， 就是利用人类听觉系统的听觉生理- 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， 以达到掩蔽通信和版权保护目的的一种数字水印技术。根据应用目的的不同， 被嵌入的信息可以是版权标识符、作品序列号、文字（如艺术家和歌曲的名字）， 甚至是一个小的图像 或一小段音频 等。通常数字音频水印的算法包含两方面的内容： 水印的嵌入和水印的提取。
一个完整的数字水印系统应包含水印生成、嵌入和提取或检测3个基本部分。水印嵌入算法利用对称密钥或公开密钥把水印嵌入到原始作品载体中，得到含水印的作品载体，即使用观察到的作品。水印检测/提取算法利用相应的密钥从含水印的作品载体中检测或恢复出水印，只有检测者才可利用水印检测，提取算法和密钥从用户观察到的产品中检测或提取出水印。由于水印是透明的，因此嵌入水印的作品不易引起攻击者的注意。
二、数字音频水印的现状。
數字水印技术在国外取得一定发展的同时，在我国也引起了学者们的关注和研究。我国最早的水印算法是Bender等人在1996年提出来的，他们主要提出了四种水印算法，有最低有效位算法、回声隐藏算法、相位编码算法和扩频编码算法。通过实验证明，这些算法都有一定的使用价值。后来，Boney等学者把Cox方案运用到音频信号中，经过仿真实验发现，这也是一个比较有效的方法。再后来，又有一些研究人员进一步改进和完善了上面的几种算法，而且取得了较好的实验结果。
音频水印技术在近年来虽然有一定的发展，但在实际的应用中，能够完全对版权实施保护的方案却寥寥无几。音频数字水印技术的发展之所以不能达到图像数字水印的水平，一个原因是人类听觉系统模型（Human Auditory System，HAS）比人类视觉系统模型（Human Visual System，HVS）要敏感得多，如果在音频信号中嵌入微弱的水印信息，很有可能会被人耳感受到；另一个原因是在音频信号中嵌入水印的信息量远远小于在图像中嵌入的信息量。所以，目前音频数字水印技术面临的挑战是如何在保证水印鲁棒性和感知透明性的同时，提高水印的检测效率和嵌入强度。
三、数字音频水印在广播系统中的应用。
（1）、音频水印在广播节目文件传输系统中的应用
电台文件传输系统主要包含几个方面：
首先是记者外出采访的音频文件回传系统。现在很多音频文件的回传依靠音频文件服务器方式、专用私有协议网络方式和邮件方式等几种，但不管采用哪种方式.其主要目的在于防止其他用户的私自登录、防止黑客攻击和病毒攻击几个方面。如果系统中管理信息或用户登录信息泄露，那么整个系统的安全性将面临巨大的考验我们无法分清所传的音频文件本身是否由真正合法用户提供。所以对音频文件本身的合法性验证也是完善整个系统的一个重要方面。
其次是电台之间的音频文件交换系统。全国电台大部分已经实现前端数字化。各电台之间音频文件的直接交换越来越频繁。如何保证电台音频文件交换系统数据本身的安全和版权问题也是当前关心的重要问题。数字音频水印技术能够很好地满足上述要求，我们可以在传送之前利用LSB 水印处理技术将所需要传送的音频。文件进行水印处理添加用户识别码节目标识（作者名称、节目名称、出版单位）等同时利用私有密钥进行水印加密处理。在接收方对所收到的音频文件首先利用密钥进行解密处理验证用户的合法性。由于在水印的添加过程中已经包含了节目标识所以增加了版权的验证性。对于无法识别或提取不到水印的音频文件我们可以认为是不合法文件，或者是文件受到了恶意破坏。而且LSB 本身的算法比较简单，对音频的保真性也较好，同时在文件传输系统中其传输通道的性能较好对水印的鲁棒性要求几乎没有所以也最适合用于文件传输系统。
（2）、扩展频谱水印在广播节目监测系统中的应用
广告客户将广告投放于广播电台，如何保证客户的广告在每天规定的时间段播出并保证播出的次数是他们非常关心的问题。为了解决这个问题我们引入在每条广告音频中嵌入数字音频水印的方法，即将每条广告音频文件在制作完成后嵌入包含用户识别码和广告识别号的数字水印。这些水印随着广告一起播出和发射，同时在电台内部安装一台数字音频水印检测设备，通过接收广播开路信号并从开路信号中检测出所有广告的水印信息按照水印信息中的广告用户识别码和广告识别号。对广告进行分类统计并形成数据库文件用于网上发布和查询。客户或代理公司想查询自己所有广告的播出状况，可以通过网络进行实时查询.这样就可以知道每条广告实际播出的信息（包括播出时间和次数）广播节目的监测除了通常的质量监测之外，还应该包含节目本身合法性监测。合法监测主要分为两种：一种是异地代为发射的节目监测，大部分是将本台的节目传送到异地由异地发射机代为发射。这种监测主要是防止异地插播自己本地的节目和广告。另外一种是防止非法攻击的监测，这种监测主要是为了安全播出。不管是什么样的监测都是对节目本身进行身份验证确信接收到的信号是本台实际传送的信号。也可以称为节目版权认证。而水印技术的最大特点就是进行版权认证，我们可以对传送的节目进行分段或分节目实时顺序添加鲁棒性水印而全国电台大部分已经实现数字化。音频信号最前端主要来源于数宇音频文件，我们也可以对这些文件进行添加鲁棒性数字水印。在发射地或可接收地安装数字水印接收检测设备可以很方便地检测出这些水印信息以此来验证节目本身的合法性。由于在水印的嵌入和提取过程中均需要密钥处理，对其他人而言，密钥本身是保密的。所以即使知道水印的添加算法，对音频水印本身而言也是绝对安全的。
虽然数字音频水印技术还有这样或那样的问题，但是仍然有着广泛的应用前景。数字音频水印技术作为一种新兴的应用技术，它将促进多媒体技术、网络技术、通信技术、信息处理技术等多门新兴技术的有机结合，有助于多媒体信息版权保护及其版权冲突问题的解决。同时，它将促进隐蔽通信技术、信息安全技术的提高。
参考文献：
[ 1].宋玉杰， 谭铁牛. 基于脆弱性数字水印的图像完整性试验研究
[ J]. 中国图形图像学报， 2003， 8（1 ）： 1 - 7.
[2].范满平.数字音频水印技术及其在广播系统中的应用.数字版权技术，2007，9.