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  • 多功能音頻水印算法綜述

    來源:南粵論文中心 作者:劉海燕 發表于:2016-04-07 14:46  點擊:
    【關健詞】多功能音頻水印 量化 版權保護 內容認證
    摘要:多功能音頻水印算法在數字媒體的版權保護與內容認證中發揮著重要作用。本文首先介紹了多功能音頻水印的嵌入算法框圖;然后對多功能音頻水印的嵌入算法進行了詳細地闡述并分析了不同算法的優缺點;最后探討了多功能音頻水印領域進一步研究的方向與存在問題,這些問題的解決將對數字媒體的版權保護與內容認證提供理論和技術支持。

             中圖分類號:TN918 文獻標識碼:A 文章編號:1007-9416(2016)02-0000-00
    1 引言
    音頻水印算法按照水印的應用要求,可分為魯棒性水印算法和脆弱性水印算法。魯棒性水印算法主要用于數字音頻的版權保護,脆弱性水印算法主要用于數據的真偽鑒別和完整性認證。然而,在實際應用中,一些音頻作品,如法庭上的證據錄音、重大的事件信息報道等,即有版權保護的需要,又有保證其內容完整性和真實性的需要。因此,為了加強其信息的安全性,需要在音頻作品中嵌入多個水印以實現上述目的。多功能音頻水印算法也由此產生。目前,對音頻多功能水印算法的研究還很少,算法也主要基于量化的方法進行水印嵌入。本文首先總結了多功能音頻水印嵌入算法框圖,然后重點闡述了多功能音頻水印在抗同步攻擊方面取得的進展,最后針對該領域的發展趨勢,提出今后研究方向的建議。
    2多功能音頻水印嵌入算法
    2.1多功能音頻水印嵌入算法框圖
    多功能音頻水印的嵌入算法首先對原始音頻信號預處理,方便水印信息的嵌入;然后對預處理的音頻信號在變換域進行變換,并采用合適的方法嵌入水印信息;最后對含水印的音頻系數進行逆變換,得到含水印的音頻信號,嵌入算法流程如圖1所示。
    在圖1中,水印信息主要包括有意義的二值圖像和偽隨機數。為了提高算法的安全性,需要對水印信息進行預處理,比如進行置亂處理、加密等。
    2.2多功能音頻水印嵌入算法
    由于多功能的音頻水印方案一般要求原始作品的信號能夠隱藏較大的信息量,需要更好地利用人類視覺系統(Human Visual System, HVS)和人類聽覺系統(Human Auditory System, HAS)特性。但是人類聽覺系統要比人類視覺系統更加敏感,因此音頻多功能水印技術的研究面臨更大的挑戰,目前對多功能音頻多功能音頻水印嵌入算法的研究主要基于量化算法。在 [1]中采用均值量化的方法嵌入魯棒性水印,采用量化單個系數的方法嵌入脆弱性水印。采用均值量化方法主要是因為樣本均值比單個樣本具有更小的方差。每個水印比特位通過量化的方法嵌入到一系列系數的平均值中,這樣,原始音頻信號失真對單個水印位的影響就會大大降低。
    [2]在離散余弦域添加隨機序列作為魯棒性水印,然后采用適當的量化策略,實現在魯棒性水印的基礎上加入了脆弱性水印。該方法不能實現魯棒性水印的盲提取,并且需要考慮魯棒性水印和脆弱行水印的嵌入順序,脆弱水印不能實現篡改定位。
    [3]采用量化算法,把小波變換域同級奇偶系數之和的差作為新的量化對象嵌入魯棒性水印,把量化噪聲分散到小波變換偶系數上,有效提高了信噪比,增強水印的不可感知性。實驗表明,該算法的魯棒水印能有效抵抗各種常見攻擊,而脆弱水印對各種攻擊具有足夠高的敏感度。但是該算法沒有對去同步攻擊進行驗證同時該算法不能對篡改的音頻進行定位與恢復。
    [4]將基于 RBF 神經網絡的音頻零水印方案作為版權認證水印,脆弱水印在經典量化算法的基礎上采用一種新的雙極性量化方法嵌入脆弱水印,把常規量化取區間中值改為取邊界值以提高脆弱水印的敏感性。實驗結果表明,該方案認證水印具有很強的抗攻擊魯棒性,脆弱水印具有很強的敏感性,且能夠對惡意篡改進行精確定位。
    [5]采用通過對語音信號做線性預測分析(Linear Predictive Coefficients, LPC)并在對LPC系數做多級矢量量化的過程中實現了語音多功能水印的算法。但是該算法存在兩方面的不足,一方面是乘積碼書尺寸過大導致碼字搜索時間較長,不利于算法的實時實現;其次,該算法直接對語音的 LPC 系數做矢量量化而沒有引入心理聲學模型,導致帶水印語音信號的質量較差。[6]提出了一種基于量化方法的多功能水印的音頻算法。該算法采用了掩蔽閾值做量化步長,通過正負調制在音頻信號的FFT域一次嵌入水印,可以使用不同的檢測過程用于版權保護或進行篡改檢測。該方法的缺點是不能實現盲檢測,不能對篡改的音頻進行定位與恢復。
    [7]利用混合變換域低頻系數構造系數生成魯棒水印,基于量化的方法嵌入脆弱性水印。實驗表明該算法實現了對音頻作品的內容完整性認證以及版權保護,但是該算法未對抗同步攻擊進行驗證。
    [8]采用均值量化的方法將可辨的二值圖像分別嵌入到經過離散小波變換的中低頻系數中,實現了魯棒性水印和脆弱性水印同時嵌入到音頻載體的目的。實驗結果證明了該算法在版權保護和內容認證方面的有效性,但是沒有對抗同步攻擊進行驗證。
    [9]提出一種基于質心的混合域半脆弱音頻水印算法。該算法對每個音頻幀計算質心并實施密碼學中的hash運算生成水印,將水印加密后在由離散小波變換和離散余弦變換構成的混合域嵌入到含有質心的音頻子帶上。該算法有效地解決了音頻內容真實性和完成整行的可靠認證。
    [10]分別提取混合變換域的低頻系數和中低頻系數作為水印的構造和嵌入域,文章利用原始音頻的特征構造零水印并嵌入半脆弱水印,實現音頻版權保護和內容完整性認證。實驗結果表明,該算法的不可感知性很好,具有良好的魯棒性,并且能夠對惡意竄改進行定位。
    3總結與展望
    綜上所述,多功能數字音頻水印在抗同步攻擊方面已經取得了很大的進展,但是仍有很多實際問題需要解決。根據音頻信號本身所具有的特點以及音頻水印技術的實際需求,以下幾個問題值得進一步研究:

           (1)多功能音頻水印算法在抵抗同步攻擊方面能力較弱,如何進一步提高多功能音頻水印的魯棒性是一個現實的有意義的問題; 

      (2)如何避免魯棒性水印和脆弱性水印之間的相互干擾;
    (3)多功能水印算法由于嵌入多個水印,使得原始音頻作品的嵌入量增加,如何平衡算法嵌入量、魯棒性與不可感知性三者的關系有待解決;
    (4)具有修復功能的音頻水印算法的研究。
    參考文獻
    [1]劉海燕,熊曾剛,劉易.一種用于版權保護與內容認證的多功能音頻水印算法[J].北京工業大學學報,2014,41(1):68-75.
    [2]楊洋,陳小平.一種基于DCT變換的音頻多水印算法[J].數據采集與處理,2006,19(2): 215-219.
    [3]廖琬明,張玉賢,李東曉,等.基于小波變換的脆弱-魯棒雙重音頻水印[J].浙江大學學報(工學版),2009,43(4):721-726.
    [4]馬朝陽,張雪英,李雯璐.一種能進行篡改定位的音頻雙水印算法[J].太原理工大學學報,2011,42(2):107-110. (責任編輯:南粵論文中心)轉貼于南粵論文中心: http://www.dcddqc.com(代寫代發論文_廣州畢業論文代筆_廣州職稱論文代發_廣州論文網)

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