【正文】 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2x 1 0521012加水印語(yǔ)音圖像0 0 . 2 0 . 4 0 . 6 0 . 8 1 1 . 2 1 . 4 1 . 6 1 . 8 2x 1 0521012原始語(yǔ)音圖像 圖 加水印的音頻波形及原始語(yǔ)音波形 Figure The audio watermarking waveform and original speech waveforms 對(duì) cf32 和 cfs32 每隔十個(gè)點(diǎn)進(jìn)行一次相減運(yùn)算，一直運(yùn)算 1200次。 圖 是原始語(yǔ)音信號(hào)與嵌入水印后的語(yǔ)音信號(hào)，由圖可以看出，加入水印之后語(yǔ)音圖像基本沒(méi)有發(fā)生太大變化，所以不會(huì)造成音頻的失真。水印點(diǎn)全部加入后，將這兩個(gè)矩陣 a 和 b 合成為一個(gè)矩陣。 要加入的水印點(diǎn)一共有 1200 個(gè)，而本次我們選擇的音頻信號(hào)經(jīng)過(guò)小波包 分解后的系數(shù)有 21174 個(gè)。我們選擇第三層的節(jié)點(diǎn) cfs32，將水印信號(hào)加入到小波包系數(shù)中，達(dá)到加密的目的。詳細(xì)嵌入步驟如下： 未加水印的原始信號(hào)我們?cè)O(shè)為 x，首先對(duì)原始音頻信號(hào)進(jìn)行三層小波包分解，小波包分解的樹(shù)形結(jié)構(gòu)我們可以參照上圖。但基于同樣的原因，低頻分量的變化對(duì)人耳的聽(tīng)覺(jué)影響比較大，所以在低頻分量嵌入水印的同時(shí)為了保證水印的不可感知性，應(yīng)注意調(diào)整嵌入水印的系數(shù)，充分結(jié)合魯棒性和不可感知性的特性，達(dá)到較好的水印嵌入效果。而水印容量和魯棒 性之間又是相互矛盾的，水印容量的增加會(huì)帶來(lái)魯棒性的下降，對(duì)不可感知性也有一定影響，而魯棒性不好就會(huì)導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果的不可靠。通過(guò)置亂處理的水印圖像，提高了水印信息的安全性，增強(qiáng)了水印的抗攻擊能力。以下章節(jié)詳細(xì)描述該算法，包括水印圖像的預(yù)處理、水印嵌入、水印提取以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果。小波包變換是一種等能量交換，不會(huì)產(chǎn)生能量的損耗，能量會(huì)在各基于小波包域的音頻水印算法研究 14 個(gè)子帶之間進(jìn)行遷移，稱為能量泄露，這種泄露主要發(fā)生在頻率的分割邊緣處，這樣使得信號(hào)的能量在不同頻帶之間進(jìn)行了疊加，這對(duì)音頻水印也是有利的。給出了對(duì)一幅圖像進(jìn)行三層小波包分解的樹(shù)形圖。 小波包理論 在正交小波分解過(guò)程中，一般的方法是將低頻系數(shù)分成兩個(gè)部分，得到新的低頻系數(shù)分量和高頻系數(shù)分量，兩個(gè)連續(xù)的低頻系數(shù)之間損失的信息可以由高頻系數(shù)獲得，然后是將新的低頻系數(shù)分量繼續(xù)分解，而高頻系數(shù)保持不動(dòng)。 做進(jìn)一步推廣，記 ）（ tp )(0 ??t ， )()(p1 tt ?? 由以下遞推公式定義 )(ptk )2()(2)(p 2 ntpnht ksnk ?? ?? （ ） 基于小波包域的音頻水印算法研究 12 )2()(2)(12 ntpngtp sn kk ?? ??? （ ） 稱 ? ? skk t ?)(p 為 ）（ tp )(0 ??t 確定的小波包。小波分析克服了這一缺點(diǎn)，能較好地解決突變信號(hào)與非平穩(wěn)信號(hào)的問(wèn)題，是空間 ( 時(shí)間 )和頻率的局部變換，更加有效地提取信號(hào)和分析局部信號(hào)。 水印載體數(shù)據(jù) 原始載體數(shù)據(jù) 密鑰 水印提取算法 水印信息 基于小波包域的音頻水印算法研究 10 綜上所述，針對(duì)數(shù)字水印的攻擊方法是多種多樣的，在實(shí)際的應(yīng)用中，攻擊者不會(huì)僅僅使用單一的手段，而是經(jīng)常結(jié)合多種攻擊手段進(jìn)行攻擊。 與魯棒性攻擊 相反，表達(dá)攻擊并不移去水印，它不需要從算法的角度來(lái)實(shí)施攻擊，其目的僅僅是使水印檢測(cè)失效。 ),(I w KWIF? （ 21） 有兩種常用的水印嵌入規(guī)則： iiwi awvv ?? （加法規(guī)則） （ 22） )1( iiwi awvv ?? （乘法規(guī)則） （ 23） 水印嵌 入過(guò)程如圖 ()所示： 圖 水印嵌入過(guò)程 Figure Watermark embedding proc edure 水印提?。? 在某些水印系統(tǒng)中，水印可以被精確地抽取出來(lái)，這一過(guò)程被稱做水印提取，見(jiàn)圖。對(duì)數(shù)字水印系統(tǒng)的設(shè)計(jì)包括水印的生成、水印的嵌入、水印檢測(cè)或提取三個(gè)部分。 首先要對(duì)音頻水印的概念做深入 了解，掌握小波包對(duì)信號(hào)的變換方法，分析音頻水印的基本步驟。與空間域水印算法相比，變換域水印有以下幾點(diǎn)： 的魯棒性； 素上，有利于保證水印的隱藏性和魯棒性； ，視覺(jué)系統(tǒng)的一些特征可以更方便的結(jié)合到水印算法中去。并且通過(guò)特殊的方式，可以從宿主信號(hào)中提取出水印或是檢測(cè)出它的存在性。 。 論文結(jié)構(gòu)安排 論文結(jié)構(gòu)安排如下： ，評(píng)述相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)于該研 究方向的進(jìn) 展情況，從而說(shuō)明選題的意義，及想要解決的問(wèn)題，所采用的方法及預(yù)測(cè)目標(biāo)。數(shù)字水印研究中使用 MATLAB 具有以下優(yōu)點(diǎn)： 將計(jì)算、圖示和編程集成到一個(gè)交互式的環(huán)境中 ,計(jì)算結(jié)果和編程過(guò)程可視化。 對(duì)于目前的多水印研究，文獻(xiàn)中作者提出了一種基于小波變換域的雙水印算法，在圖像的 DWT 域嵌入一個(gè)識(shí)別水印和一個(gè)確認(rèn)水印，但沒(méi)有完成水印的盲提取；文獻(xiàn)提出了一種基于離 散余弦變換的雙水印算法，該算法在 DC T 域添加隨機(jī)序列作為魯棒性水印，然后通過(guò)實(shí)施適當(dāng)?shù)牧炕呗?，?shí)現(xiàn)在魯棒水印的基礎(chǔ)上加入了脆弱性水印。 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 在國(guó)內(nèi)，清華大學(xué)、北京大學(xué)、北京郵電大學(xué)、中科院自動(dòng)化所、浙江大學(xué)、國(guó)防科技大等 單位都有從事這一領(lǐng)域的學(xué)者。國(guó)際上對(duì)音頻水印 技術(shù)的研究最早見(jiàn)于 1996 年， Bender等在文獻(xiàn)中提出了回聲編碼、擴(kuò)頻編碼和相位編碼等算法； 等人在文獻(xiàn)中提出了通過(guò)改變音頻信號(hào)采樣數(shù)據(jù)最低有效位來(lái)嵌入數(shù)字水??； Won Gyum K im 提出了在數(shù)字音頻信號(hào)中直接嵌入數(shù)字印章的算法，該方法在提取水印信號(hào)時(shí)不需要原始音頻信號(hào)的參與；Wu C hungP ing 等人提出了基于數(shù)字音頻信號(hào)內(nèi)容分析的離散傅立葉變換域水印嵌入算法，該算法在提取水印時(shí)不需要原始音頻信號(hào)，并且能夠抵抗常見(jiàn)的幾種攻擊； Boney 等將 C ox 方案應(yīng)用到音頻信號(hào)中，取得了很好的實(shí)驗(yàn) 效果。 D 代表水印檢測(cè)算法。 W 代表所有可能水印信號(hào) W 的集合。本文所研究的數(shù)字音頻水印技術(shù)就是在數(shù)字音頻信號(hào)中嵌入水印。手拿一張 100 元的鈔票，如果在燈光下觀察帶有毛主 席像的一面，就會(huì)看到左側(cè)空白處有一個(gè)水印顯現(xiàn)。但是他給我們帶來(lái)方便的 同時(shí)也帶來(lái)了安全隱患，比如出現(xiàn)了敏感信息可以被輕易的竊取、篡改、非法復(fù)制和傳播，多媒體信息的版權(quán)得不到有效地保護(hù)等問(wèn)題，使得大量數(shù)字多媒體作品的版權(quán)問(wèn)題受到很大的威脅。數(shù)字水印技術(shù)實(shí)際上是通過(guò)對(duì)水印載體媒質(zhì)的分析，嵌入信息的預(yù)處理，信息 嵌入點(diǎn)的選擇，嵌入方式的設(shè)計(jì)嵌入基于小波包域的音頻水印算法研究 2 調(diào)制的控制等幾個(gè)相關(guān)技術(shù)環(huán)節(jié)進(jìn)行合理優(yōu)化，尋求滿足不可感知性，安全可靠性，穩(wěn)健性等等諸條件約束下的準(zhǔn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題，而密鑰則是水印信息的重要組成部分。 數(shù)字水印技術(shù)（ digital watermarking）是一種信息隱藏技術(shù)，它的基本思想就是在數(shù)字圖像、音頻和視頻等數(shù)字產(chǎn)品中嵌入秘密信息，以便保護(hù)數(shù)字產(chǎn)品的版權(quán)，證明產(chǎn)品的真實(shí)可靠性，跟蹤盜版行 為或者提供產(chǎn)品的附加信息。由 此，數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 一個(gè)數(shù)字水印一般包括三個(gè)基本方面：水印的生成、水印的嵌入和水印的提取。當(dāng)代信息技術(shù)的迅猛發(fā)展和 Inter 的不斷擴(kuò)大，是多媒體信息能以不同的形式在網(wǎng)上方便快捷的傳輸。 數(shù)字水印的基本概念 提到數(shù)字水印，人們首先可能會(huì)想到人民幣中的水印。音樂(lè)、圖像和視頻所代表的數(shù)字媒體就是一些常見(jiàn)的可嵌入水印的信號(hào)類型。 水印處理系統(tǒng)的基本框架可以定義為六元體（ X,W,K,G,E,D），其中： 基于小波包域的音頻水印算法研究 4 X 代表所要保護(hù)的數(shù)字產(chǎn)品 X 的集合。 E 表示將水印 W 嵌入數(shù)字產(chǎn)品 X0 中的嵌入算法。 國(guó)外研究現(xiàn)狀 目前的數(shù)字水印研究中，對(duì)于音頻水印的研究相對(duì)較少，一方面因?yàn)橐纛l單位時(shí)間內(nèi)的采樣點(diǎn)較少，可嵌入水印信息就要少，另一方面由于人類聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)（ humanauditory system,HAS）要比人類視覺(jué)系統(tǒng)（ human visual system,HVS ）更加