【文章內(nèi)容簡介】 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 13 頁 共 35 頁 嵌入水印的圖像 I39。 。 （ 4）水印的提取 第 1步：將加入水印的圖像減去原始圖像，然后對其進行二值化處理。 f(i,j) = 255。 if f(i,j)0 f (i,j) = 0。 if f(i,j)0 第 2步：對得到的圖像進行水印嵌入中第二步的反操作得 W2，再對 W2進行處理：W3=W2/8,這樣就得到了水印圖像 W3： 實驗結(jié)果及分析 實驗分別采用大小為 64*64畫面內(nèi)容 MCK二值圖像，宿主圖像采用 512*512的灰度圖 。實驗結(jié)果如下： 圖像嵌入水印信息后，與原始圖像比較起來，很難看出差別，沒有帶來明顯的失真，不可感知性非常好。 此算法不具備抵抗攻擊性，在受到攻擊時將無法提取水印。 此算法的性能評價：信噪比為 。 誤碼率為 211 疊加后求平均 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 14 頁 共 35 頁 圖 4 (1)原始圖像 (2)水印 (3)加入水印后圖像 (4)提取的水印圖像 基于 DCT變換的 語音端點 DCT 域 語音端點 離散余弦變換 (DCT)是數(shù)字信號處理技術(shù)中最常用的線性變換之一 ,存在快速算法。離散余弦變換是實變換 ,具有很好的能量壓縮能力和去相關(guān)能力 ,在數(shù)字音頻信號壓縮和圖像壓縮等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。特別是數(shù)字圖像的 JPEG壓縮標準就是建立語音端點 的在離散余弦變換基礎(chǔ)上的?；?JPEG壓縮標準模型的水印嵌入算法可以增強水印抵抗 JPEG 壓縮的能力 ,因此離散余弦變換在 語音端點 處理技術(shù)中受到普遍重視 。 在 DCT域 ,不同的 DCT系數(shù)作為水印載體對水印的穩(wěn)健性有不同的影響 。 為了使水印具有較好的穩(wěn)健性 ， 用來嵌入水印的 DCT 系數(shù)應(yīng)滿足如下條件 ： (1)在經(jīng)過常見信號處理和噪聲干擾后仍能很好地保留 ,即這些 DCT 系數(shù)不應(yīng)過多地為信號處理和噪聲干擾所改變 。 第一個要求是為了保證水印在嵌入圖像后有較好的穩(wěn)健性 。 當加入水印的 DCT系數(shù)被改變較小時 ， 水印便更可能被保留 ， 這是顯然的 。 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 15 頁 共 35 頁 第二個要求是同時針對不可見性和穩(wěn)健性而提出 。 較大的感覺容量意味 著在主觀視覺效果不變的前提下有較大的改變裕度 。 這也意味著可以嵌入較強的水印信號 。 根據(jù)這二個要求 ， 低頻 AC 系數(shù)作為嵌入水印的位置的較好選擇已被逐漸采用 ，并得到共識 .然而被人們忽視的一個事實是 ， DC 分量比任何 AC 分量更適合嵌入水印信號 。 這個事實有二方面的理由 ： (1)與 AC系數(shù)相比 DC 系數(shù)的振幅大得多 。 圖 1 顯示了幾幅常用的圖像 (均為256 256 8bits) 在經(jīng)過分塊 8 8DCT 變換后在不同的空間頻率上系數(shù)的平均值 (平均振幅 )。 在圖像中嵌入水印可視為在強背景下迭加一個弱信號 。 根據(jù) Weber 定律和視覺系統(tǒng)的照度掩蔽 (luminance masking)特性，背景亮度越亮 (DC系數(shù)值越大 )，嵌入信號的可見性檢測門限就越高，即 DC 系數(shù) (代表圖像塊的平均亮度 )的感覺容量越大。圖 1表明， DC系數(shù)的值通常比最大的 AC 系數(shù)值還要大幾十倍。甚至上百倍以上?？臻g頻率越高，系數(shù)的平均振幅越小 .分析和實驗結(jié)果表明，與 AC系數(shù)相比，盡管 DC系數(shù)可以被改變的比例不如 AC系數(shù)大，但可改變的絕對值卻比 AC 系數(shù)大得多。這意味著 DC系數(shù)具有比 AC系數(shù)更大的 感覺容量 。 (2)根據(jù)信號處理理論 ， 嵌 入水印的圖像最有可能遭遇到的信號處理過程 ， 如數(shù)據(jù)壓縮 、 低通濾波 、 次抽樣 、 插值 、 D/A 和 A/D轉(zhuǎn)換等 ， 對 DC分量的保護比 AC分量要好 。 實驗結(jié)果表明 ， Gaussian 噪聲干擾對 DC 分量和 AC 分量的影響程度大致小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 16 頁 共 35 頁 相同 。 圖 2比較了嵌入 DC分量和低頻 AC分量的水印在 JPEG壓縮和 Gaussian噪聲干擾下的穩(wěn)健性能 。 縱軸表示從失真的水印圖像中抽取的水印 W3 與原始水印 ： 從圖 2可以看出 嵌入 DC分量 比 低頻 AC分量的水印在 JPEG壓縮和 Gaussian噪聲干擾下的穩(wěn)健性能 更好。 水印的嵌入和 提取 語音端點 的嵌入：水印嵌入就是把水印信號 W={w(k)}嵌入到原始圖像X0(k)={x0(k)}中。水印嵌入過程如圖 1 所示。水印嵌入準則分為： 加法準則： x(K)=x0(K)+a*w(k) 乘法準則： x(K)=x0(K)*{1+ a*w(k)} a 為強度因子，為了保證在水印不可見的前提下，盡可能提高嵌入水印的強度。a 的選擇必須考慮圖像的性質(zhì)和視覺系統(tǒng)的特性。 基于 DCT域的 語音端點 嵌入的具體算法：設(shè) X 是 M*N 大小的原始圖像， W 是水印圖像，大小為 P*Q， M 和 N 分別是 P 和 Q 的偶數(shù)倍。 把水印 w 加載到圖像 X 中，算法分以下幾步進行： 將 X 分解為 ( / 8)*( / 8)MN個 8*8 大小的方塊 BX(m， n)，同時，將 W 也分解為(M/8)*(N/8)個 (8 P/M)*(8 Q/N)大小的方塊 BW(m， n)， 1=m= M/8， 1=n= N/8； 對每一個 BX(m， n)進行 DCT 變換： 39。( , )DBX mn =DCT(BX(m， n))； 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 17 頁 共 35 頁 對每一個 39。( , )DBX mn 和 BW(m， n)， si 為 從 39。( , )DBX mn 的中頻選出的加載的位置， l=i= (8 P/M)*(8 Q/N)， ti 為水印 BW(m， n)的位置坐標l=i=(8 P/M)*(8 Q/N)； 39。39。( , )( )DBX m n si=a*Bw(m， n)(ti)，其中 a 是加權(quán)系數(shù)，用 39。39。( , )( )DBX m n si 來代替 39。( , )( )DBX m n si得到加載水印后的圖像； 對以上得到的每一個 39。( , )DBXCI m n 進行逆 DCT 變換：( , ) ( 39。39。( , ) )ID B X m n ID C T D B X m n? 。并將各方塊 IDBX(m， n)合并為一個整圖 39。X 。即加載了水印的新圖像。 水印的提取：在某些水印系統(tǒng)中，水印可以被精確地提取出來，這一過程被稱作水印提取。例如在完整性確認的應(yīng)用中，必須能夠精確地提取出嵌入的水印，并且通過水印的完整性來確認多媒體數(shù)據(jù)的完整性。如果提取出的水印發(fā)生了部分的變化，最好還能夠通過變化的水印的位置來確定原始數(shù)據(jù)被篡改的位置。水印在提取時可以需要原始圖 像的參與，也可以不需要原始圖像的參與。圖 2 是水印提取的框圖。虛線部分表示在提取或判斷水印信號時原始圖像不是必需的。 基于 DCT域的 語音端點 提取的具體算法：讀取原始圖像和黑白水印圖像到二維數(shù)組 I 與 J；將原像 I 分割為互不覆蓋的圖像塊 ( , )blockL x y ， 1=x， y=8， L=1， 2…M*M/64，對 ( , )blockL x y 進行 DCT 變換，得到 _ ( , )dct blockL u v；取黑白水印圖像中的一個元素 J(p， q).嵌入原始圖像塊的 DCT 的低頻系數(shù)中；對嵌入水印信息后的圖像塊 _ ( 39。, 39。)dct block u v進行反 DCT 變換；得到 ( 39。, 39。)block x y ；合并圖像塊，得到嵌入黑白水印后的圖像。 水印檢測：水印在檢測時可以需要原始圖像的參與，也可以不需要原始圖像的參與。但將水印技術(shù)用于圖像的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布和傳播時，如果檢測時需要使用原始圖像則是個缺陷，因此，當前大多數(shù)的水印檢測算法不需要原始圖像的參與。圖 3 分別是水印檢測的框圖 .虛線部分表示在提取或判斷水印信號時原始圖像 不是必需的。 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 18 頁 共 35 頁 水印攻擊測試：由于 語音端點 在實際應(yīng)用中可能會遭到各種各樣的攻擊，因此對算法進行攻擊測試是衡量一個水印算法優(yōu)劣的重要手段。首先對嵌入水印后的圖像進行 JPEG 壓縮 (一種水印攻擊 )，而后從壓縮的圖像中提取出水印，看到 DCT 域的水印算法抵抗 JPEG 壓縮攻擊的效果是比較好的 。 本章算法及實驗結(jié)果 分析 本實驗采用把 DCT變換的直流分量作為 水印載體嵌入提取對策 ,提升了 語音端點的品質(zhì) 。本實驗采用嵌入準則采用乘法準則： x(K)=x0(K)*{1+ a*w(k)} 其中 a取 。采用圖像大小 256*256如圖 6，水印圖像大小為 32*32如圖 7。 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 19 頁 共 35 頁 從上圖中可明顯看出：嵌入水印信息后，原圖與嵌入水印信息后的圖像在視覺效果上沒有明顯分別，用肉眼幾乎分辨不出，這說明這種算法充分利用了人眼的視覺冗余特性，水印的不可見性相當好，圖像在嵌入水印前后視覺效果改變不大，不影響圖像的正常使用。另外嵌入水印后的圖像經(jīng)過 JPEG 壓縮后，還能從中提取出比較清晰的水印信息，可見，這種嵌入算法的抗攻擊性較好，而且檢測和提取易于實現(xiàn)，具有很好的實用性。 4 小 波變換在數(shù)字音頻水印中的應(yīng)用 隨著 MP MPEG、 AC3等新一代壓縮標準的廣泛應(yīng)用，對數(shù)字音頻作品的知識產(chǎn)權(quán)保護顯得越來越重要。特別是隨著新一代音頻壓縮標準 MPEG4的 提出，使得基于小波變換的音頻水印技術(shù)越來越突顯其良 好的多分辨率表示、時頻局部分析的優(yōu)勢，成為當前的一個重要的課題。目前在 語音端點 和信息隱藏中，已經(jīng)出現(xiàn)一些優(yōu)秀的基于小波變換的算法，并且多數(shù)要優(yōu)于相同條件下基于 FFT、 DCT等傳統(tǒng)變換的算法。 圖 8 實驗結(jié)果 小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 20 頁 共 35 頁 數(shù)字音頻水印是永久嵌入在音頻信號（宿主數(shù)據(jù)）中的具有可鑒別性的數(shù) 字信號。一般來說，數(shù)字音頻水印的主要性能指標包括：不可感知性、穩(wěn)健性和水印的容量。這三者互相牽制，他們之間相互依存又互為矛盾 [2]。一般來說，水印的容量越大，穩(wěn)健性越好，但是其不可感知性也越差。要同時獲得水印好的穩(wěn)健性和不可察覺性，就只能減少水印嵌入的信息量。因此在實際運用中要根據(jù)需求，在上述三者之間尋求一個平衡。 （ 1）不可感知性 不可感知性就是要求水印嵌入后，不影響原始音頻的質(zhì)量，即聽覺上不可感知。一般分為主觀和客觀標準。 ①主觀評價標準 由于含有保密信息的音頻信號最終接收者是人，所以主觀評價標準是最終 的，也是可靠的。 音頻水印中常用的主觀標準稱為平均觀點分（ Mean Opinion Score，MOS）。測試者根據(jù)音質(zhì)好壞來打分，一般是五分制，得分為 5 或者越接近 5，就意味著 2 個音頻數(shù)據(jù)之間幾乎沒有差別。 ②客觀評價標準 信噪比（ SNR）是一個質(zhì)量評估標準，公式如下： ???? 239。2lgiiiifffSNR（ 3） 其中， if 和 39。if 分別為原始音頻信號和含水印的音頻信號。早期音頻水印算法一般采用信噪比來計算原始音頻與加入 了水印的音頻之間的 SNR。國際留聲機聯(lián)盟（ IFPI）要求水印音頻至少可以提供 20 dB或者更高的 SNR。由于基于 SNR 的評價標準沒有考慮到人類聽覺系統(tǒng)特性，如一個微小的線性伸縮在主觀上聽覺質(zhì)量幾乎沒有任何變化，但 SNR會降得很低。 ITUR推薦的 由于其考慮到了人類聽覺系統(tǒng)特性，被認為是很好的客觀聽覺質(zhì)量評價標準用于音頻水印技術(shù)。 （ 2）穩(wěn)健性 穩(wěn)健性又稱魯棒性用以衡量水印抗攻擊的能力，即要求水印本身應(yīng)能經(jīng)受得住各種有意無意的攻擊。典型的攻擊有添加噪聲、數(shù)據(jù)壓縮、濾波、重采樣、 A /D D /A轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計攻擊等。文獻 [5]中用分級的形式來表示水印的穩(wěn)健性，從零級到最高小波變換在 語音端點 中的應(yīng)用 第 21 頁 共 35 頁 級，零級表示無穩(wěn)健型。實際運用中，常用的衡量水印抗攻擊能力的是誤碼率（ Bit Error Rate， BER）。 1）位錯誤率（ BER： Bit Error Rate） 定義：假設(shè)嵌入某載體的保密信息 w 為 m 位，在某種提取策略下，從隱藏有保密信息的載體中或受到某種攻擊的隱秘載體中提取了與隱藏時相同長度的保密信息序列 w~ ，則 BER 定義為： ?? ??? ??? mi ii ii ww wwmB E R 1 ~0 ~11 即在收到各種攻擊后提取得到的水印與原始水印之間不同比特所占的百分率。 2) 歸一化相關(guān)系數(shù) (Normalized Correlation Coefficient) 為了消除觀測者的經(jīng)驗、身體條件、實驗條件和設(shè)備等多種主、客觀因素的影響，通常采用歸一化相關(guān)系數(shù)對提取的保密信息序列和原始信息序列的相似性進行定理評價，定義為： ? ?? ?? ??? ?? ?? ?11212112121121),(~),(),(~),()~,( MiMjMiMjMiMjjijijijiWW????? IFPI 也做出了關(guān) 于音頻水印穩(wěn)健型的定義，要求穩(wěn)健音頻水印滿足加性或乘性噪聲、 MP3 壓縮、 2 個連續(xù)的 D/A和 A/D轉(zhuǎn)換、時間拉伸、重采樣、重量化、濾波等。 （ 3）水印數(shù)據(jù)嵌入量 水印數(shù)據(jù)嵌入量，也叫水印帶寬，指