（通信与信息系统专业论文）鲁棒性数字音频水印的算法研究.pdf

原创性声明 l i i ii ii ii ii ii llui ii ii y 18 2 19 7 0 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：塞鹾 日期：盈丛2 ：! 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名：墨娅 导师签名：7z ! 当纽期：趁垒：2 ： 山东大学硕士学位论文 目录 摘要要1 a b s t r a c t 3 第1 章绪论5 1 1 鲁棒数字音频水印研究的背景及意义5 1 1 1 鲁棒数字音频水印研究的背景。5 1 1 2 鲁棒数字音频水印的应用。6 1 2 数字音频水印的分类和特性7 1 2 1 水印的分类7 1 2 2 数字音频水印的特性8 1 3 数字音频水印的研究现状9 1 4 本文的主要工作和安排1o 第2 章数字音频水印技术综述1 2 2 1 人耳听觉系统( h a s ) 特性1 2 2 1 1 人耳的绝对闻阈特性1 2 2 1 2 人耳的掩蔽效应。1 3 2 2 数字音频水印的基本模型1 4 2 2 1 数字音频水印的生成l5 2 2 2 数字音频水印的嵌入1 6 2 2 3 数字音频水印的检测和提取1 6 2 3 数字音频水印算法概述l8 2 3 1 时域音频水印算法1 8 2 3 2 变换域音频水印算法1 9 2 3 3 压缩域音频水印算法2 2 2 4 数字音频水印的攻击与评价标准。2 3 2 4 1 数字音频水印攻击2 3 2 4 2 评价标准2 3 2 5 本章小结2 5 山东大学硕士学位论文 第3 章基于非均匀离散傅立叶变换( n d f t ) 域的数字音频水印算法2 6 3 1 非均匀离散傅立叶变换( n d f t ) 的基本原理2 6 3 2 基于n d f t 域的相邻二段幅度比较的数字音频水印算法2 7 3 2 1 选择适合n d f t 域嵌入水印的频率点一2 7 3 2 2 相邻二段幅度比较算法2 9 3 2 3 仿真结果3 2 3 3 基于n d f r 域的相邻三段幅度比较的数字音频水印算法3 5 3 3 1 相邻三段幅度比较算法3 5 3 3 2 仿真结果3 8 3 4 本章小结4 l 第4 章基于数字水印的音乐d r m 应用系统设计4 2 4 1d r m 系统的原理和发展4 2 4 2d r m 系统的核心4 3 4 2 1d r m 系统的两个要素4 4 4 2 2 一种d r m 安全技术的结构设计4 5 4 3 基于o f t 量化音频水印算法在d r m 系统中的应用5 0 4 3 1 基于d f t 的量化音频水印算法5 0 4 3 2 仿真结果5 3 4 4 本章小结5 6 总结与展望5 7 参考文献5 9 致谢。6 2 攻读硕士学位期间发表的学术论文目录。6 3 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s c h i n e s ea b s t r a c t 1 e n g l i s ha b s t r a c t 3 c h a p t e r1 i n t r o d u c t i o n 5 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo f r o b u s ta u d i od i g i t a lw a t e r m a r k i n g 5 1 1 1b a c k g r o u n do f r o b u s td i g i t a lw a t e r m a r k i n g 5 1 1 2a p p l i c a t i o no fr o b u s td i g i t a lw a t e r m a r k i n g 6 1 2c l a s s i f i c a t i o na n dp r o p e r t i e so f t h ew a t e r m a r k i n g 7 1 2 1c l a s s i f i c a t i o no f t h ew a t e r m a r k i n g 7 1 2 2p r o p e r t i e so f t h ew a t e r m a r k i n g 8 1 3t h es t a t u so f t h ew a t e r m a r k i n ga th o m ea n da b r o a d 9 1 4t h em a i n w o r ka n da r r a n g m e n to f t h i sp a p e r 10 c h a p t e r2 t h ed i s c f i p t i o no f d i g i t a la d u i ow a t e r m a r k i n g t e c h n o l o g y 1 2 2 1t h ec h a r a c t e r i s t i co f h a s 1 2 2 1 1t h ea b s o l u t et h r e s h o l do f h u m a nh e a r i n g 1 2 2 1 2t h em a s k i n ge f f e c to f h u m a nh e a r i n g 1 3 2 2t h eb a s i cm o d e lo fd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g 1 4 2 2 1t h eg e n e r a t i o no f w a t e r m a r k i n g 1 5 2 2 2w a t e r m a r ke m b e d i n g 1 6 2 2 3w a t e r m a r kd e t e c t i o na n de x t r a c t i o n 1 6 2 3t h ed i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m s 18 2 3 1a u d i ow a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mi nt i m ed o m a i n 18 2 3 2a u d i ow a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mi nt r a n s f o r md o m a i n 。1 9 2 3 3a u d i ow a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mi nc o m p r e s s e dd o m a i n 2 2 2 4a t t a c k sa n de v a l u a t i o nc r i t e r i ao fd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g 2 3 2 4 1a t t a c k sd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g 2 3 2 4 2e v a l u a t i o nc r i t e r i a 2 3 i i i 2 5s u m m a r y 2 5 c h a p t e r3d i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n gb a s e d o nn d f td o m a i n 2 6 3 1b a s i cp r i n c i p l e so f n d f t 一2 6 3 2w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mo f c o m p a r i s o nf o rt w oa d j a c e n ts e g m e n t s 2 7 3 2 1c h o o s et h ef r e q u e n c yp i o n t se m b e d e d 2 7 3 2 2a l g o r i t h mo fc o m p a r i s o nf o rt w oa d j a c e n ts e g m e n t s ”2 9 3 2 3s i m u l a t i o nr e s u l t s 3 2 3 3w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mo fc o m p a r i s o nf o rt h r e ea d j a c e n ts e g m e n t s 3 5 3 3 1a i g o r i 廿l l ：no fc o m p a r i s o nf o rt h r e ea d j a c e n ts e g m e n t s 3 5 - 3 3 2s i m u l a t i o nr e s u l t s 3 8 3 4s u m m a r y 4 1 c h a p t e r4 am u s i cd r m s y s t e mb a s e do nd i g i t a lw a t e r m a r k i n g 4 2 4 1t h ep r i n c i p l ea n dd e v e l o p m e n to fd r m 4 2 4 2t h ec a ) r eo fd r ms y s t e m 4 3 4 2 1t w oe l e m e n t so fd r ms y s t e m 4 4 4 2 2ak i n do fs t r u c t u r a ld e s i g no fd r ms e c u r i t yt e c h n o l o g y 4 5 4 3ad r m s y s t e mq u a n t i f i e db yd f t - b a s e da u d i od i g i t a lw a t e r m a r k i n g 5 0 4 3 1a u d i od i g i t a lw a t e r m a r k i n ga l g o r i t h mb a s e do nd f t 5 0 4 3 2s i m u l a t i o nr e s u l t s 5 3 4 4s u m m a r y 5 6 c o n c l u s i o na n df u t u r ew o r k 5 7 r e f e r e n c e s 5 9 a c k n o w l e g m e n t s 6 2 p u b l i c a t i o n sd u r i n gt h i sr e s e a r c h 6 3 i v 山东大学硕士学位论文 摘要 随着多媒体技术和通信技术的迅猛发展，各种多媒体作品如音频、图像、视 频等在网络上传播非常便利，但是同时以m p 3 为代表的音乐作品在网络上被肆无 忌惮地传播和复制，给作品的所有者和发行者带来了极大的损害，因此必须对数 字音频作品实施版权保护。鲁棒数字音频水印的研究为这一保护提供了有效的解 决方法。数字音频水印技术就是在不容易被人的听觉系统察觉的前提下，在数字 音频信号中嵌入一些标示信息。通过这些标示信息，可以认证音频作品的所有者 或者发行者，也可以确认作品是否完整。因为人类听觉系统对声音变化的灵敏度 要高于人类视觉系统对图像变化的灵敏度，并且如今对音频水印的研究大都是照 搬图像水印技术，所以本文选择对数字音频水印技术的研究具有更大的挑战性。 本文主要研究了鲁棒数字音频水印，所做的主要工作如下： 1 、由于数字音频水印的嵌入和人耳听觉系统特性密不可分，首先在介绍了人 耳听觉系统特性，包括人耳的绝对闻阈特性和人耳的掩蔽效应。然后概括了数字 音频水印技术，包括水印的生成、水印的嵌入、水印的提取和检测。对目前常见 的音频水印算法进行了分析，包括时域、变换域、压缩域的各种算法。最后概述 了数字音频水印系统的常见攻击和评价标准。 2 、针对基于d f t 的数字音频水印算法所取的频率点相对固定和公开，所以它 有一定的安全隐患，为了克服这点，本章给出了基于n d f t 的数字音频水印算法。 先介绍了n d f t 的基本原理，n d f t 的核心就是可以在感兴趣的频段上任意的选取频 率点，为下面提出基于n d f t 域的数字音频水印算法打下了基础。提出了两种基于 n d f t 数字音频水印算法一相邻二段幅度比较算法和相邻三段幅度比较算法。相邻 二段幅度比较算法是通过调整相邻两段音频信号的值来嵌入水印的，而相邻三段 幅度比较算法则是通过比较相邻三段音频信号的值来嵌入水印。分别通过实验仿 真表明本章提出的这两种算法对常规攻击具有较高的鲁棒性。 3 、针对d r m 系统的安全性，本章提出了一种结合了数字音频水印技术和加密 技术的d r m 系统。先介绍了d r m 的发展，然后详细说明了d r m 系统的组成要素一 密码和水印，设计了一种d r m 安全技术系统。最后将音频水印技术应用在d r m 系 山东大学硕士学位论文 统中进行了仿真，实验仿真结果表明：量化音频水印算法完全适应d r m 在不可感 知性和鲁棒性的要求。 2 关键词数字音频水印鲁棒性混沌非均匀离散傅立叶变换d r m 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t w i t ht h e r a p i dd e v e l o p m e n to fm u l t i m e d i at e c h n o l o g ya n dc o m m u n i c a t i o n t e c h n o l o g y , t h et r a n s m i s s i o no fm u l t i m e d i aw o r k ss u c ha sa u d i o ，i m a g e sa n dv i d e o t r a n s m i s s i o no nt h en e t w o r ki sv e r yc o n v e n i e n t , b u ta tt h es a m et i m e ，m u s i cw o r k s r e p r e s e n t e db ym p 3 a r ew a n t o n l ys p r e a da n dr e p r o d u c e dt h r o u g ht h ei n t e m e t i tb r i n g s a b o u ts e r i o u sh a r mt ot h eo w n e ra n dt h ep u b l i s h e ro ft h ew o r k s s oi ti sn e c e s s a r yt o p r o v i d ec o p y r i g h tp r o t e c t i o nf o rd i g i t a la u d i ow o r k s r o b u s td i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g r e s e a r c hf o rt h i sp r o t e c t i o np r o v i d e sa ne f f e c t i v es o l u t i o n d i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g t e c h n o l o g yi sa ne f f e c t i v ew a yt oe m b e ds o m em a r k si nt h ed i g i t a la u d i os i g n a l st h a ta r e n o te a s i l ya w a r e d o fb yt h eh u m a na u d i t o r ys y s t c r a b yt h ed e t e c t i o no ft h e s em a r k s ， t h eo w n e ro rp u b l i s h e ro ft h ea u d i ow o r k sc a nb ei d e n t i f i e d , a n di tc a na l s ob e c o n f i r m e dw h e t h e rt h ew o r k si sc o m p l e t e b e c a u s eh u m a na u d i t o r ys y s t e mi sm o r e s e n s i t i v et oh u m a nv i s u a ls y s t e ma n dt h er e s e a r c ho ft h ea u d i ow a t e r m a r k i n gi sm o s t l y c o p i e df r o mi m a g ew a t e r m a r k i n gt e c h n o l o g y , i ti sab i gc h a l l e n g eo ft h er e s e a r c ht o c h o o s ed i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n ga st h er e s e a r c ht o p i co ft h et h e s i s t h et h e s i si sm a i n l yo nr o b u s td i 西t a la u d i ow a t e r m a r k i n g t h ef o l l o w i n gw o r k s h a v eb e e nd o n e ： i b e c a u s eo ft h ec l o s er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ed i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n ga n d t h eh u m a na u d i t o r y s y s t e m ，t h i sc h a p t e ri n t r o d u c e st h ec h a r a c t e r i s t i c s o fh u m a n a u d i t o r ys y s t e mf i r s t , i n c l u d i n ga b s o l u t et h r e s h o l do fa u d i b i l i t ya n dm a s k i n ge f f e c to f h u m a ne a r t h e ni ts u m m a r i z e st h ed i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n gt e c h n o l o g i e si n c l u d i n g t h ew a t e r m a r kg e n e r a t i o n , w a t e r m a r ke m b e d d i n g ，w a t e r m a r ke x t r a c t i o na n dd e t e c t i o n a n a l y s i so ns o m ec o m m o na u d i ow a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m si n c l u d i n gt i m e - d o m a i n , t r a n s f o r md o m a i na n dc o m p r e s s e dd o m a i na l g o r i t h m si s c o n d u c t e d f i n a l l y , a n o v e r v i e wo fc o m m o na s s a u l ta n de v a l u a t i o nc r i t e r i ao fd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g s y s t e mi sp r e s e n t e d 2 b e c a u s et h ef r e q u e n c yp o i n t so fd f t - b a s e dd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g 3 山东大学硕士学位论文 a l g o r i t h ma g er e l a t i v e l yf i x e da n do p e n , i tm a yc a u s ep o t e n t i a ls a f e t yp r o b l e m s i no r d e r t oo v e r c o m et h e m , t h i sc h a p t e ri n t r o d u c e sn d f t - b a s e da l g o r i t h m s f i r s ti ti n t r o d u c e s t h eb a s i cp r i n c i p l e so fn d f t , w h i c hi st h ef o u n d a t i o no fd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g a l g o r i t h m sb a s e do nt h en o n u n i f o r md i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m t w od i g i t a la u d i o w a t e r m a r k i n ga l g o r i t h m sb a s e do nn d f t - - - t h ea l g o r i t h mo fc o m p a r i s o nf o r t w o a d j a c e n ts e g m e n t sa n dt h r e ea d j a c e n ts e g m e n t sa g ep r o p o s e d t h ef o r m e re m b e d st h e m a r k i n gb ya d j u s t i n gt h ev a l u eo f t w oa d j a c e n ts e g m e n t s ，w h i l et h el a t t e r e m b e d st h e m a r k i n gb ya d j u s t i n gt h ev a l u eo ft h r e ea d j a c e n ts e g m e n t s t h es i m u l a t i o ns h o w st h a t t h et w oa l g o r i t h m si nt h i sc h a p t e rh a v eh i g hr o b u s t n e s st on o r m a la t t a c k s 3 f o rt h es e c u r i t yo fd r ms y s t e m , t h i sc h a p t e rp r e s e n t sad r ms y s t e mb y c o m b i n i n gd i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n ga n de n c r y p t i o nt e c h n o l o g y f i r s ti ti n t r o d u c e st h e d e v e l o p m e n to fd r m ，a n dt h e ni td e t a i l st h es t r u c t u r a le l e m e n t so fd r ms y s t e m s - p a s s w o r da n dw a t e r m a r k i n g ad e s i g no fad r mt e c h n o l o g i c a ls y s t e mo fs e c u r i t yi s g i v e n f i n a l l y , s i m u l a t i o no ft h ea u d i ow a t e r m a r k i n gt e c h n o l o g yi nd r ms y s t e mi s c o n d u c t e da n dt h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o w 1 a tt h eq u a n t i z e da u d i ow a t e r m a r k i n g a l g o r i t h mc a nc o m p l e t e l ya d a p tt ot h en o n s e n s i b l ea n dr o b u s tr e q u i r e m e n t si nd r m k 呵w o r d s ：d i g i t a la u d i ow a t e r m a r k i n g ，r o b u s t , c h a o t i c ，n o n u n i f o r md i s c r e t e f o u r i e rt r a n s f o r m ( n d f t ) ，d r m 4 一 山东大学硕士学位论文 第1 章绪论 1 1 鲁棒数字音频水印研究的背景及意义 1 1 1 鲁棒数字音频水印研究的背景 随着数字多媒体技术及计算机网络的迅速发展，使得各种数字化产品如视频、 图像、音频的制作、编辑和传输都更加方便快捷。这给人们带来了很大的便利， 但是同样也带来了不安全性。如数字多媒体产品的版权侵犯、尖端科研资料的窃 取、政府部门的机密文件泄露、电子商务的安全等问题都是急需解决的。对于上 述问题，传统的密码学已经不能完全解决，因为一方面加密后的文件因为不可理 解性而妨碍了数字化信息的传播；另一方面加密后的信息容易引起攻击者的注意； 再者，虽然密码系统可以保护传输的内容，却无法跟踪合法消费者怎样处理解密 后的内容。在这种背景下，以信息隐藏技术【1 】为核心的数字水印( d i g i t a l w a t e r m a r k i n g ) 技术应运而生。 数字水印的最初目的是能够有效地实行版权保护【2 l 。它是将一些标识信息( 即 数字水印) 直接嵌入多媒体载体中，但不影响原载体的信息格式和质量，也不容易 被人的知觉系统( 如视觉或听觉系统) 察觉或注意到。它与信息加密不同，信息加 密是隐藏信息的内容，而信息隐藏是隐藏信息的存在，比信息加密多了一层保护， 因为它不易引起黑客的注意。 数字水印按照特性可以分为鲁棒数字水印( r o b u s tw a t e r m a r k i n g ) 和易损数 字水印( f r a g i l ew a t e r m a r k i n g ) 两类。鲁棒数字水印主要用于在数字作品中标 识著作权信息，在发生版权纠纷时，可以标示数据的版权所有者，也可以追踪违 反协议而为盗版者提供多媒体数据的用户。易损数字水印主要用于保护作品的完 整性，当作品内容发生改变时，这些水印信息也会发生相应的改变，从而可以鉴 定原始数据是否被篡改。本文研究用于版权保护的数字水印要求有很强的鲁棒性 和安全性，除了要求在一般信号处理( 如：滤波、加噪声、替换、压缩等) 中生 存外，还需能抵抗一些恶意攻击。 5 山东大学硕士学位论文 数字音频产品是人们生活中最为常见的数字化产品之一，随着m p 3 、m p 4 、m p e g 、 a c 一3 等新一代压缩标准的广泛应用，数字音频在i n t e r n e t 上肆无忌惮地复制和传 播，使得作品的作者和发行者利益受损，因而对音频数据产品的保护就显得越来 越重要，音频数字水印领域将有较为广阔的应用前景。另一方面，对发表的数字 水印研究文献进行检索发现数字音频水印的研究文献相对于数字图像水印的研究 文献要少得多，因而较容易在数字音频水印上挖掘创新点。因此，选择鲁棒数字 音频水印作为研究课题具有较强的现实意义。 1 1 2 鲁棒数字音频水印的应用 随着数字音频作品在因特网和各种公用通信网络的广泛传播，数字音频水印 的应用范围也越来越广，主要有以下几个应用领域3 ，4 】。 l 、版权保护 数字音频水印研究的最初目的就是版权保护，具体做法是将标志作品所有权 的水印嵌入到原始音频数据中，成为其不可分割的一部分。当该作品出现版权纠 纷时，所有者即可从盗版作品中获取水印信号作为版权依据，从而保护所有者的 权益。在这种应用领域中，水印是难以从音频数据中去除的，并且能够抵抗常规 的信号处理和蓄意攻击。 2 、广播监控 在广播台( 电视台或电台等媒体) 广播中，对于购买了广告时间的广告商来 说，他们需要知道广播台是否在规定的时间内按照规定的次数将广告播出。音乐 家或者演员也会要求广播台在播放他们的作品时付给他们应得的版税，版权所有 者也希望能知道有无未获授权的广播台在播放他们的作品。在技术上可以将不同 的数字水印嵌入到各个音乐或影片片段中，并设立一个自动监控的接收站，用来 接收监控广播台播放的音乐或影片等媒体，并自动在媒体中搜寻这个唯一的数字 水印，这样便可以确切地知道这些媒体被播放的时间及次数等相关信息。 3 、数字指纹 在上述应用中，在多媒体数据中都是嵌入了同一个水印，可以在每个产品拷 贝中分别嵌入不同的水印，这种称为数字指纹。一旦发现了未经授权的拷贝，可 6 山东大学硕士学位论文 通过检索嵌入的水印来追查此非法拷贝的源头是从哪一个复本流散出去的。在此 类应用中，水印必须是不可见的，而且能抵抗伪造、恶意的擦除等攻击。 4 、使用控制 前面所述几种水印的使用可在一定程度上减少非法拷贝的发生，但是无法完 全阻止，要达到更好的使用控制的目的就必须要和录制或播放的硬件配合。这种 应用典型的例子就是d v d 防拷贝系统，技术上是将数字水印信息加入到d v d 数据 中，通过d v d 播放机来检测d v d 数据是否可合法拷贝，一旦检测到标示禁止播放 或录制的水印时，便会取消播放或录制。 5 、标注水印 将标题、作者、内容注释等内容以水印的形式嵌入到作品中，称为标注水印。 这种水印在提取时不需要原始数据，并且还需对常规的音频信号处理有一定的鲁 棒性。 1 2 数字音频水印的分类和特性 1 2 1 水印的分类 水印按照不同的方法可以分成很多类，它们之间既相互区别又相互联系，一 般来说可分成下列几种【5 】。 l 、按水印的特性可分为鲁棒数字水印( r o b u s tw a t e r m a r k i n g ) 和易损数字 水印( f r a g i l ew a t e r m a r k i n g ) 。 鲁棒数字水印主要用于版权保护，在数字音频信息中嵌入创建者、所有者的 版权信息或者购买者的序列号，当发生版权纠纷时，可通过水印信息来表示信息 的所有权或者追踪盗版者。易损水印和鲁棒水印正好相反，它主要用于保护数字 音频作品的完整性，它必须对信息的改动非常敏感，人们根据它的状态即可判断 数据是否被篡改过。 2 、按水印所附载的媒体可分为文本水印、音频水印、图像水印、视频水印以 及用于三维网格模型的网格水印等。 3 、按水印的算法可分为时( 空) 域水印和变换域水印。 7 山东大学硕士学位论文 时( 空) 域水印是直接通过对时域中数字音频数据幅度采样点进行修改，将 水印嵌入其中，典型时域算法有最不重要位算法、回声算法等。变换域水印是对 原始数字音频信号的采样数据进行变换( 如离散傅里叶变换、离散余弦变换、倒谱 变换、离散小波变换等) ，然后将水印嵌入变换域中选定的某些修改的系数，最后 通过相应的反变换恢复出含有水印的数字音频信号。一般来说变换域水印可嵌入 水印数据量大、鲁棒性和透明性好、安全性高，但算法复杂度也高。 4 、按水印的检测过程可以将数字水印划分为非盲水印( n o b l i n d w a t e r m a r k i n g ) 半盲水印( s e m i n o n b li n d w a t e r m a r k ) 和盲水印( b 1i n d w a t e r m a r k i n g ) 。 非盲水印在检测时需要原始音频数据，半盲水印不需要原始音频数据，但需 要原始水印；盲水印既不需要原始音频数据，也不需要原始水印。一般来说，非 盲水印比非盲水印、半非盲水印更具有鲁棒性，但由于它需要原始音频信号或者 原始水印的参与，在用途、性能上有一定的限制，相比之下盲水印的实用性更强。 5 、按数字水印的内容可分为有意义水印和无意义水印。 有意义水印通常是是有意义的文本、声音、图像、视频等信号，它的特点是 在提取水印时可以通过视觉来观察信号中是否含有水印。无意义水印通常是伪随 机序列，检测水印时需要原始水印信号进行相关检测来确定信号中是否含有水印。 6 、按水印的用途可分为票证防伪水印、版权保护水印、篡改提示水印和隐蔽 标识水印。 1 2 2 数字音频水印的特性 根据应用场合的不同，对数字音频水印特性的要求也不同，可根据具体的应 用目的和技术要求来调整其特性。一般来讲，数字水印应具有如下的基本特征 0 3 。 1 、隐藏性 隐藏性也称为透明性或者不可感知性等，指的是水印信息嵌入到数字音频作 品中后不能为人的听觉系统所察觉，并且攻击者也很难用概率统计的方法提取或 删除嵌入的水印。 2 、安全性 8 ， 山东大学硕士学位论文 安全性是指水印系统能够抵抗恶意攻击的能力。安全的音频水印算法要求在 数字音频数据中嵌入的水印应该是难以被发现、篡改、伪造、去除的。 3 、鲁棒性 鲁棒性又称为稳健性、免疫性等，是指嵌入水印后的数字音频信号在经过一 般数字信号处理或者恶意攻击后，仍能够完整的检测出水印的能力。 4 、确定性 确定性是是指水印系统能准确的判断数字音频作品的真伪或者归属的一种能 力。 5 、水印容量 水印容量对于数字音频信号来说是指一秒钟内传输数据中所嵌入的水印的比 特数。所嵌水印信息必须足以表示数字音频作品的创建者、所有者或者购买者的 标示，以便在发生版权纠纷时能够标示创建者、所有者或者查出盗版者。 6 、有效性 有效性表现在水印算法能够满足软硬件的要求，且算法要快，以方便其嵌入 到一般电子产品中。 对于上述特性，一个水印系统并不是仅有或者全部具有的。如鲁棒性是用于 版权保护的，但是在一些需要进行作品完整性保护时水印的易损性是非常重要的。 有时候一个特性的改善是通过降低其他特性而来的，比如鲁棒性和透明性是相互 矛盾的。设计一个水印系统时要试图平衡这些特性，尽量使每一个都数字音频水 印技术的研究得到满足而不显著地影响其它特性。 1 3 数字音频水印的研究现状 “数字水印 这个概念最早是在1 9 9 3 年a z t i r k e l 等在e l e c t r o n i cw a t e r m a r k 一文中提到的i f 。但是音频水印的提出可以追溯到2 0 世纪5 0 年代。1 9 5 4 年， 美国m u z a c 公司的e m i lh e m b r o o k e 申请了一项名为“i d e n t i f i c a t i o no fs o u n da n d l i k es i g n a l s 的专利，它是一种将标识嵌入到音乐中( 不为人所感知) 来证明 作品版权的方法。1 9 9 6 年b e n d e r l 8 1 等提出了l s b 编码、回声编码、扩频编码和相 位编码等四种音频水印算法；1 9 9 6 年，b o n e y 等在文献【9 l 中将c o x 等人用于数字图 9 山东大学硕士学位论文 像水印的方案改进后应用到数字音频水印中，取得了较好的实验结果。第一次“信 息隐藏专题讨论会”( 即“f i r s ti n f o r m a t i o nh i d i n gw o r k s h o p ) 于1 9 9 6 年5 月 3 0 日至6 月1 日在英国剑桥大学召开，这标志着数字水印技术得到了全世界的公 认与瞩目，数字水印技术的研究得到了迅速发展。 近几年来，国内数字音频水印的研究热潮也正在悄然兴起。全国信息隐藏暨多 媒体信息安全