倒谱域音频水印算法研究
发布时间：2021-11-12 10:43
数字音频的广泛应用与易于传播,使其版权保护等问题成为人们关注的焦点。数字水印技术是解决版权保护问题的一种有效技术。针对数字音频的版权问题本文研究了数字音频的水印算法,主要内容如下:（1）针对版权保护等鲁棒性要求较高的场景,提出了倒谱域音频二维映射水印算法。算法将一维音频序列映射为二维矩阵,对矩阵分块后进行复倒谱变换,将水印嵌入在复倒谱系数中。大量音频的仿真实验结果表明本算法可以抵抗重采样、重量化、时域增幅、剪切、低通滤波、MP3压缩、高斯白噪声七种攻击,在七种攻击下提取水印的相似度平均高达99%以上。该算法的鲁棒性优于小波域与倒谱域结合算法,且在重采样攻击下获得了比先进的范数域算法更好的鲁棒性,该算法可适用于语音、声乐及器乐音频。（2）针对不可感知性要求较高的场景,提出了倒谱域音频时域能量盲水印算法。通过分析音频信号的时域能量挑选嵌入段,使嵌入段的复倒谱系数均值落在阈值两端从而嵌入水印。算法可自适应调整嵌入阈值,并实现了水印的盲提取。仿真结果显示算法嵌入水印的不可感知性较好。相比其它改进的统计均值调制算法以及小波域的不可感知性水印算法,该算法的不可感知性更好。除对重量化攻击鲁棒性不足,...
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
音频二维映射基本原理
西安科技大学全日制工程硕士学位论文32综上，在没有受到攻击时，所设计的水印算法可以没有误码地提取出水印信息。算法在14种攻击中达到提取水印的BER平均为0.97%，NC平均为0.9913，意味着算法可在常见的音频攻击下提取出的水印相似度为99%以上，误码率在1%以内。由上述分析，本算法可以有效抵抗高斯白噪声、剪切、重采样、重量化、低通滤波、时域增幅、MP3有损压缩这些常见的音频信号攻击。测试结果显示多数攻击下算法可以实现无误码提取，即使出现提取错误的水印比特，水印相似度可达95%以上。但在抵抗高斯白噪声、剪切攻击时存在不足，若所加的高斯白噪声较为严重或者剪切的位数变多，提取会出现较多误码。图3.14是在攻击实验中，提取出现误码时的水印效果，体现了音频信号攻击对水印提取的影响：(a)为原始的水印图像；(b)、(c)、(d)分别为“horn23_2”含水印音频进行剪切与重量化攻击后提取水印结果；(e)、(f)为“trpt21_2”含水印音频进行剪切攻击后提取水印结果；(g)-(k)分别为“frer07_1”含水印音频进行高斯白噪声、重采样攻击后提取水印结果。图3.14音频信号攻击对水印提取的影响
西安科技大学全日制工程硕士学位论文50稍弱的抵抗性，但此类攻击下所得水印相似度可达到95%以上，可有效地识别内容。算法只对重量化的抵抗能力较差，这是因为本算法为了增加不可感知性，对复倒谱系数只进行了微小的改动，音频降位量化后会丢失很多水印信息，导致水印被严重破坏。算法结合了复倒谱变换，对整体鲁棒性会有弥补。因此算法对重采样、低通滤波、剪切以及MP3压缩攻击具有优秀鲁棒性，都能几乎没有错位地提取出清晰的水樱除重量化以外，算法在其它六种攻击下提取水印相似度在93%以上，平均BER=2.78%，NC=0.9821，表明了算法可抵抗高斯白噪声、重采样、时域增幅、剪切、低通滤波、MP3压缩攻击。图4.9展示了进行各类攻击后，两个含水印音频的提取结果，从左到右的攻击依次为高斯白噪声、重采样、时域增幅、剪切、低通滤波、MP3压缩。图中(a)-(f)为“harp40_1”的提取效果图，(g)-(l)为“sopr44_1”的提取效果图。由图4.9可以看出算法在除重量化以外的攻击下可以较好地识别水印内容。图4.9音频信号攻击对水印提取的影响本章选取与上节相同的三个算法进行鲁棒性对比，所有算法使用三个不同类型的宿主音频文件进行“XUST”水印的嵌入，然后对含水印的文件进行攻击：加性高斯白噪声（30dB）、重采样（44.1kHz）、重量化（16bit-8bit）、时域增幅（120%）、剪切（10000个样本点）、低通滤波（6kHz、14kHz）、MP3压缩（64kbps、128kbps）。图4.10-4.12反映了语音spfe49_1、器乐harp40_1、声乐sopr44_1三种音频文件在攻击后的水印提取对比效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]定位篡改实体组的矢量地图脆弱水印算法[J]. 侯翔,闵连权,唐立文. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(02)
[2]适用于声学传输的鲁棒交叉扩频水印算法[J]. 刘影,陈怡,高戈,吕冰,张康. 计算机工程与设计. 2018(02)
[3]基于启发式搜索的音频水印方案[J]. 常乐杰,苏兆品,胡东辉. 应用科学学报. 2016(04)
[4]高质量信道上回声隐藏法秘密信息提取出错原因分析[J]. 原晨,高勇. 现代电子技术. 2015(11)
[5]基于小波和倒谱域的数字音频水印算法[J]. 柏玉保,柏森,刘程浩. 计算机应用与软件. 2012(03)
[6]基于混沌的复倒谱域双重音频水印算法[J]. 颜青青,钱盛友. 通信技术. 2011(01)
[7]基于LSB和量化思想的倒谱域音频水印算法[J]. 李文治,张晓明,殷雄. 计算机应用. 2010(03)
[8]基于复倒谱变换的数字音频水印研究[J]. 李跃强,孙星明,周天亮. 计算机工程. 2006(23)
本文编号：3490753
【文章来源】：西安科技大学陕西省
【文章页数】：67 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
音频二维映射基本原理
西安科技大学全日制工程硕士学位论文32综上，在没有受到攻击时，所设计的水印算法可以没有误码地提取出水印信息。算法在14种攻击中达到提取水印的BER平均为0.97%，NC平均为0.9913，意味着算法可在常见的音频攻击下提取出的水印相似度为99%以上，误码率在1%以内。由上述分析，本算法可以有效抵抗高斯白噪声、剪切、重采样、重量化、低通滤波、时域增幅、MP3有损压缩这些常见的音频信号攻击。测试结果显示多数攻击下算法可以实现无误码提取，即使出现提取错误的水印比特，水印相似度可达95%以上。但在抵抗高斯白噪声、剪切攻击时存在不足，若所加的高斯白噪声较为严重或者剪切的位数变多，提取会出现较多误码。图3.14是在攻击实验中，提取出现误码时的水印效果，体现了音频信号攻击对水印提取的影响：(a)为原始的水印图像；(b)、(c)、(d)分别为“horn23_2”含水印音频进行剪切与重量化攻击后提取水印结果；(e)、(f)为“trpt21_2”含水印音频进行剪切攻击后提取水印结果；(g)-(k)分别为“frer07_1”含水印音频进行高斯白噪声、重采样攻击后提取水印结果。图3.14音频信号攻击对水印提取的影响
西安科技大学全日制工程硕士学位论文50稍弱的抵抗性，但此类攻击下所得水印相似度可达到95%以上，可有效地识别内容。算法只对重量化的抵抗能力较差，这是因为本算法为了增加不可感知性，对复倒谱系数只进行了微小的改动，音频降位量化后会丢失很多水印信息，导致水印被严重破坏。算法结合了复倒谱变换，对整体鲁棒性会有弥补。因此算法对重采样、低通滤波、剪切以及MP3压缩攻击具有优秀鲁棒性，都能几乎没有错位地提取出清晰的水樱除重量化以外，算法在其它六种攻击下提取水印相似度在93%以上，平均BER=2.78%，NC=0.9821，表明了算法可抵抗高斯白噪声、重采样、时域增幅、剪切、低通滤波、MP3压缩攻击。图4.9展示了进行各类攻击后，两个含水印音频的提取结果，从左到右的攻击依次为高斯白噪声、重采样、时域增幅、剪切、低通滤波、MP3压缩。图中(a)-(f)为“harp40_1”的提取效果图，(g)-(l)为“sopr44_1”的提取效果图。由图4.9可以看出算法在除重量化以外的攻击下可以较好地识别水印内容。图4.9音频信号攻击对水印提取的影响本章选取与上节相同的三个算法进行鲁棒性对比，所有算法使用三个不同类型的宿主音频文件进行“XUST”水印的嵌入，然后对含水印的文件进行攻击：加性高斯白噪声（30dB）、重采样（44.1kHz）、重量化（16bit-8bit）、时域增幅（120%）、剪切（10000个样本点）、低通滤波（6kHz、14kHz）、MP3压缩（64kbps、128kbps）。图4.10-4.12反映了语音spfe49_1、器乐harp40_1、声乐sopr44_1三种音频文件在攻击后的水印提取对比效果。
【参考文献】：
期刊论文
[1]定位篡改实体组的矢量地图脆弱水印算法[J]. 侯翔,闵连权,唐立文. 武汉大学学报(信息科学版). 2020(02)
[2]适用于声学传输的鲁棒交叉扩频水印算法[J]. 刘影,陈怡,高戈,吕冰,张康. 计算机工程与设计. 2018(02)
[3]基于启发式搜索的音频水印方案[J]. 常乐杰,苏兆品,胡东辉. 应用科学学报. 2016(04)
[4]高质量信道上回声隐藏法秘密信息提取出错原因分析[J]. 原晨,高勇. 现代电子技术. 2015(11)
[5]基于小波和倒谱域的数字音频水印算法[J]. 柏玉保,柏森,刘程浩. 计算机应用与软件. 2012(03)
[6]基于混沌的复倒谱域双重音频水印算法[J]. 颜青青,钱盛友. 通信技术. 2011(01)
[7]基于LSB和量化思想的倒谱域音频水印算法[J]. 李文治,张晓明,殷雄. 计算机应用. 2010(03)
[8]基于复倒谱变换的数字音频水印研究[J]. 李跃强,孙星明,周天亮. 计算机工程. 2006(23)
本文编号：3490753
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/xixikjs/3490753.html
