簡論一種安全的數(shù)字音頻水印方案

1、簡論一種平安的數(shù)字音頻水印方案摘要:提出一種平安的數(shù)字音頻水印算法,利用密鑰生成的序列作為水印同步碼,并在時(shí)間域嵌入同步碼。水印信息采用分塊構(gòu)造化編碼方式,水印分塊中采用校驗(yàn)碼機(jī)制,水印內(nèi)容采用量化方式嵌入在小波變換域,水印分塊在音頻段中循環(huán)冗余嵌入方式,以抵抗同步攻擊的才能。提出的算法不僅具有較好的不可感知性,對(duì)低通濾波、噪聲、重量化、重采樣、p3壓縮等信號(hào)處理具有較好的魯棒性;同時(shí)對(duì)抵抗隨機(jī)裁剪攻擊、抖動(dòng)攻擊、時(shí)間延展等同步攻擊具有很好的魯棒性。關(guān)鍵詞:音頻水印;同步攻擊;平安水印;水印同步碼aseuritydigitalaudiaterarkingsheebasednsynhrnizat

2、intehniquexuri1,xuehui-jun2(1.departentfputersiene,innerngliabusinesstradevatinalllege,hhht010010,hina;2.departentfputersiene,innerngliaeletrniinfratinvatinaltehnialllege,hhht010010,hina)keyrds:audiaterarking;synhrnizatinattak;seurityaterarking;aterarkingsynhrnizatinde0引言數(shù)字音頻水印技術(shù)作為數(shù)字音頻作品版權(quán)保護(hù)的有效手段,已經(jīng)

3、得到學(xué)術(shù)和產(chǎn)業(yè)界重視1-3。目前,針對(duì)音頻水印算法的研究很多。但是抵抗隨機(jī)裁剪、抖動(dòng)攻擊往往很容易讓水印信息無法正確提齲文獻(xiàn)4把信號(hào)短時(shí)平均幅度從低向高改變,并將改變程度最大的點(diǎn)作為特征點(diǎn),并采用給定幅度參數(shù)閾值t1和t2來控制特征點(diǎn)數(shù),其算法不具有通用性。文獻(xiàn)5以變換域上的部分極值點(diǎn)作為特征點(diǎn)進(jìn)展定位,嵌入和提取過程都是從音頻的起始點(diǎn)分幀,用時(shí)間域裁剪攻擊會(huì)出現(xiàn)幀移現(xiàn)象。文獻(xiàn)6將同步信息添加到音頻幀數(shù)據(jù)的小波域中,在裁剪攻擊或抖動(dòng)攻擊中,同樣會(huì)引起幀移并逐步加大。文獻(xiàn)7-11采用音頻特性定位或嵌入同步碼的方式實(shí)現(xiàn)水印在同步方面的魯棒性。上述水印算法根本沒有考慮水印信息的平安性能,這些算法在公

4、開的情況下,根本上可以很容易地把水印信息去除。在此提出一種平安的音頻水印方案,利用密鑰序列生成同步碼,同步碼嵌入在音頻載體的時(shí)間域。對(duì)水印信息進(jìn)展構(gòu)造化分塊,構(gòu)造化水印信息包括分塊編號(hào)、分塊水印信息、校驗(yàn)信息等。分塊水印嵌入在音頻信號(hào)的離散小波變換系數(shù)上,進(jìn)步了水印算法的平安性,在未知密鑰的情況下很難檢索到水印的同步碼,水印內(nèi)容嵌入到小波變換域上,增強(qiáng)了水印信息的魯棒性。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了水印在抵抗同步攻擊、抖動(dòng)攻擊方面具有很好性能,對(duì)常見的音頻信號(hào)處理也具有良好的魯棒性。1水印算法設(shè)計(jì)1.1水印信息預(yù)處理一般而言,作為版權(quán)侵權(quán)追蹤中水印嵌入的實(shí)際需要,嵌入的水印信息可以是代表該版權(quán)歸屬的企業(yè)標(biāo)識(shí)

5、或企業(yè)名稱等信息,其水印信息內(nèi)容不大。比擬合適作為水印信息的形式,通?？刹捎枚祱D像或灰度圖像。水印信息預(yù)處理的目的在于增加水印抵抗攻擊的才能,在部分的水印分塊提取錯(cuò)誤時(shí),不至于影響其他水印分塊的提齲預(yù)處理分為以下幾個(gè)步驟。(1)水印信息分塊。水印信息通常采用可視的二值或灰度圖像形式,以方便實(shí)際應(yīng)用中對(duì)版權(quán)歸屬確實(shí)認(rèn)。在此,以二值圖像作為水印討論,把水印信息分成nn(n取4或8)大小的塊,對(duì)水印圖像做預(yù)處理,可以恰當(dāng)?shù)臄?shù)量分塊。(2)分塊水印信息構(gòu)造化。經(jīng)過分塊的水印信息進(jìn)展構(gòu)造化處理。首先,在分塊信息之前增加分塊編號(hào)信息,分塊信息進(jìn)展二進(jìn)制序列化,然后根據(jù)密鑰進(jìn)展置亂處理,最后增加二位校驗(yàn)位

6、,一位為分塊編號(hào)校驗(yàn)和;另一位作為水印信息校驗(yàn)和。1.2水印同步碼1.3同步碼嵌入為進(jìn)步水印信息檢索效率,同步碼嵌入在水印載體的時(shí)間域。水印嵌入位置對(duì)于水印的魯棒性影響很大,水印嵌入位置的選取極為重要,同步碼的嵌入步驟如下:(2)同步碼嵌入。對(duì)(1)中選取的音頻段,每一個(gè)音頻采用點(diǎn)嵌入一個(gè)比特的同步碼,嵌入方法為直接修改音頻采用點(diǎn)最低24位上,采用直接的位交換方案,直接把同步碼位逐個(gè)按序交換方法,交換位置在最低第2,3,4位上選擇,選擇方法為采用密鑰生成01之間的隨機(jī)數(shù)序列,根據(jù)隨機(jī)數(shù)序列所在的位置確定同步碼被交換的位置。由于滑動(dòng)窗口的長度與同步碼的長度一致,所以這就很容易實(shí)現(xiàn)同步碼的嵌入。(

7、3)在檢索到一個(gè)同步碼的嵌入音頻段之后,其長度為la的音頻段,即為用于嵌入水印的音頻載體。假設(shè)分塊水印長度為,那么la取值為4。(4)下一個(gè)同步碼的檢索,在長度為la的音頻之后,繼續(xù)重復(fù)(1)步驟檢索同步碼嵌入位置。1.4水印嵌入(1)對(duì)音頻信號(hào)aj進(jìn)展n層小波變換,這里n一般取2或3。音頻信號(hào)在進(jìn)展小波變換后分為低頻系數(shù)和高頻系數(shù)。音頻信號(hào)的能量主要集中在低頻系數(shù),因此選擇小波的低頻系數(shù)用于水印分塊的嵌入;1.5水印提取水印的提取過程與水印嵌入過程類似,詳細(xì)步驟如下:(1)生成同步碼,使用嵌入時(shí)候一樣的密鑰生成同步碼序列。(3)對(duì)于檢索到的同步碼,即可確定其后的l長的音頻段中嵌入的分塊水印內(nèi)

8、容。取其后的l音頻段,進(jìn)展n層小波變換,按照與嵌入一樣的方式,在低頻系數(shù)提取水印分塊。(4)假如提取的分塊水印滿足水印分塊的構(gòu)造,即水印分塊號(hào)在正確值范圍,同時(shí)分塊的校驗(yàn)碼都是正確的,那么可認(rèn)為提取的水印分塊是正確的。否那么,認(rèn)為水印分塊提取的信息是錯(cuò)誤的,拋棄提取的水印分塊,繼續(xù)步驟(2)。水印的分塊嵌入過程是把同步碼及水印分塊信息屢次循環(huán)地嵌入在音頻信號(hào)中。因此在音頻信號(hào)足夠長的情況下,很容易地提取到各個(gè)水印分塊。2實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1二值水印圖像表1數(shù)字水印對(duì)部分常規(guī)攻擊的抵抗才能未攻擊隨機(jī)剪切1024樣點(diǎn)2048樣點(diǎn)重量化重采樣22.05khz11.025khz高斯噪聲p3256khz文獻(xiàn)6算

9、法n1.0000.8650.8410.9860.8920.8390.9210.735ber00.1220.1650.0020.2022.2380.0920.324psnr42.75122.42119.75239.34221.16219.09830.65819.652本文算法n1.0001.0000.9951.0001.0000.9820.9020.759ber000.024000.0050.1090.339psnr42.75038.17435.72139.98237.16536.42025.42618.765通過上述的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看到,算法對(duì)于隨機(jī)裁剪攻擊具有很好的性能,對(duì)常見信號(hào)處理具有較好

10、的魯棒性,對(duì)p3壓縮處理和高斯噪聲處理,略低于文獻(xiàn)5的性能,其他的如重采樣、重量化等攻擊都表現(xiàn)很好的性能,特別是對(duì)隨機(jī)裁剪攻擊,具有很好的魯棒性。3結(jié)語在此提出了一種平安的音頻水印算法,它采用的水印同步碼及水印同步碼的嵌入位置均通過了密鑰控制,增加了水印的平安性。同步碼嵌入在時(shí)間域上可以大大減低同步碼的檢索效率。把水印嵌入在小波變換域上,采用了水印分塊的方法,并對(duì)每個(gè)分塊應(yīng)用校驗(yàn)碼技術(shù),進(jìn)步了水印的魯棒性。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了水印是平安和有效的。本文算法的缺點(diǎn)在于滑動(dòng)窗口計(jì)算能量之后,需要一個(gè)預(yù)先設(shè)定的能量閾值。然而這個(gè)閾值確實(shí)定,可能因?yàn)橐纛l類別的不同而不同,因此實(shí)際上可以尋找更好的方案,以實(shí)現(xiàn)可

11、以自適應(yīng)的調(diào)節(jié)。在同步的根底上進(jìn)一步進(jìn)步水印在抵抗p3壓縮攻擊、噪聲攻擊的性能,將是下一步的研究課題。參考文獻(xiàn)1李偉,袁一群,李曉強(qiáng),等.數(shù)字音頻水印技術(shù)綜述j.通信學(xué)報(bào),2022,26(2):100-111.2趙翔,郝林.數(shù)字水印綜述j.計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2022,27(11):1946-1950.3吳迪,朱冰蓮.數(shù)字音頻水印技術(shù)研究綜述j.電聲技術(shù),2022,33(2):55-58,62.4陳琦,張連海,曹業(yè)敏.一種基于特征點(diǎn)的自同步音頻水印算法j.計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2022,24(6):192-201.5陳荔聰,姚志強(qiáng).基于部分極大值點(diǎn)音頻盲水印算法j.計(jì)算機(jī)工程與應(yīng)用,2022,41(19):41-43.6吳紹權(quán),黃繼武,黃達(dá)人.基于小波變換的自同步音頻水印算法j.計(jì)算機(jī)學(xué)