基于变换域的数字音频零水印算法研究

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互联网的广泛应用,数字音频压缩技术的突飞猛进,使得各式各样的数字作品的创作、存储和发布等变得异常容易,也让数字作品的安全性变得极其重要。不断成熟的数字水印技术不仅获得了业界和学术界的重视,并已成为信息安全研究的一个热点。本文主要是针对数字音频零水印算法做了较为深入的研究,在分析离散小波变换和离散余弦变换的基础上,结合人类听觉系统(HAS)和奇异值分解(SVD)的相关理论,从音频信号的短时能量、过零率和均值、方差出发,设计了两种基于变换域的数字音频零水印算法。本文主要工作如下:⑴介绍了音频水印技术的应用背景、研究现状、基本模型、算法分类和攻击方法,为本文算法的设计提供了理论依据。(2)根据音频时域局部特性具有较强的抵御攻击的能力和奇异值稳定性的特点,设计了一种基于离散小波变换的自适应音频零水印算法。首先,采用混沌序列对水印图像进行置乱,提高了系统的安全性;其次,研究了原始音频的局部特征,依据音频的短时能量和过零率两个局部特征,挑选适当的音频段作为构造零水印的音频段;最后,以小波变换为基础,选择稳定性较好的最大奇异值作为构造水印的重要特征,通过判断最大奇异值整数部分的奇偶性来构造水印。实验仿真表明,算法具有较高的安全性和良好的不可感知性,并对噪声干扰、低通滤波、重量化、重采样和压缩等都具有较强的抵抗能力。(3)音频信号的均值在常规信号处理下具有稳定性的特点。基于这个特点,设计了一种基于混合变换域的自适应音频双水印算法。首先,对混合变换域的低频以及中低频系数的均值和方差进行分析;其次,充分利用音频载体的统计特性,在混合变换域的低频系数中运用零水印技术构造鲁棒水印,在中低频系数中嵌入半脆弱水印,量化步长由方差的大小动态调整,自适应地嵌入音频双水印。实验仿真证明,算法的不可感知性很好,在抵抗多种攻击时具有良好的鲁棒性,并且能够对恶意篡改进行定位。
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