摘要:本文提出一種基于音頻序列的分組量化數(shù)字水印算法，該算法通過(guò)音頻自身的序列來(lái)計(jì)算特征值，不僅使其具有更好地抗攻擊能力，而且充分利用了離散余弦變換的壓縮特性，改善了數(shù)字水印的壓縮與隱藏效果。在本文中通過(guò)選取中低頻系數(shù)與分組量化算法結(jié)合MP3壓縮特性來(lái)提高數(shù)字水印的不可感知性與魯棒性。在保證不可感知性與魯棒性的良好平衡的前提下，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字水印的低通濾波，疊加噪聲，音頻壓縮等攻擊，均有較好的穩(wěn)健性，特別是對(duì)于低通濾波與疊加噪聲有很強(qiáng)的抗攻擊能力。

　　關(guān)鍵詞:音樂(lè)水印;量化技術(shù);音頻特征

　　隨著因特網(wǎng)的發(fā)展與普及，越來(lái)越多的數(shù)字產(chǎn)品在網(wǎng)上非法傳播，特別是音頻的非法傳播非常嚴(yán)重，本文針對(duì)音頻文件進(jìn)行嵌入水印來(lái)有效防止音頻文件在網(wǎng)上的非法傳播。[1]目前音頻水印算法可歸納為兩類，即空間域算法與變換與算法。[2]

　　本文采用變換域分組量化水印方法，變換域水印方法比空間域水印方法具有較好的穩(wěn)健性[3]且分組量化算法對(duì)于音頻攻擊具有很好的魯棒性(Robustness)，不可感知性(Inaudibility)和安全性(Security)。[1]為了發(fā)揮DCT(Discretecosinetransform)域的能量壓縮特性與改善人耳的聽覺透明性，文獻(xiàn)[4]提出將水印嵌入在音頻的中低頻系數(shù)上。

　　本文把水印信號(hào)嵌入到DCT系數(shù)的中低頻系數(shù)上，結(jié)合分組量化算法進(jìn)一步提高了音頻的魯棒性與不可感知性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看到不僅可以提高音頻文件的不可感知性，而且對(duì)于疊加噪聲，音頻壓縮，低通濾波等攻擊有較好的抗攻擊能力。

　　1水印嵌入和提取方案

　　本文提出一種簡(jiǎn)單且易于操作的量化技術(shù)來(lái)對(duì)水印的特征值進(jìn)行量化，這種量化算法不僅利用音頻自身的序列來(lái)計(jì)算特征值，而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于魯棒性與不可感知性也有較好的折中。

　　1.1水印嵌入過(guò)程

　　為了能更好地抵抗音頻壓縮與提高嵌入后的音頻噪聲比，本文中選取二維DCT后的中低頻系數(shù)，具體步驟如下:(1)首先把原始音頻根據(jù)水印信息的長(zhǎng)度劃分成若干個(gè)小段;(2)在每一段中選取前N個(gè)序列，再把N個(gè)序列劃分成小塊;(3)把每一個(gè)長(zhǎng)度為N/10塊的序列變成M*M的小塊;(4)對(duì)每一個(gè)M*M進(jìn)行2DCT變換，選取K個(gè)中低頻系數(shù)，組成中低頻系數(shù)數(shù)組;(5)根據(jù)量化算法計(jì)算一段的特征值與嵌入強(qiáng)度，再將水印嵌入到音頻當(dāng)中。

　　1.2水印提取過(guò)程

　　本文實(shí)現(xiàn)的是自適應(yīng)混合域數(shù)字音頻水印算法屬于盲水印算法，故提取水印信號(hào)時(shí)不需要原始音頻載體。(1)把已嵌入水印的音頻載體根據(jù)水印的長(zhǎng)度分段，再?gòu)拿恳欢沃腥〕銮癗個(gè)序列;(2)把前N個(gè)序列分成小塊，再形成M*M的小塊;(3)把每一個(gè)小塊進(jìn)行2DCT變換，從中取出K個(gè)中低頻系數(shù)，組成數(shù)組;(4)計(jì)算每一段的特征值，然后跟集合Q0與Q1進(jìn)行比較，確定水印信息。

　　2實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

　　本文針對(duì)不同的音頻進(jìn)行了低通濾波(Low-passFiltering)，疊加噪聲(Addnoise)，音頻壓縮(Compressor)等攻擊實(shí)驗(yàn)，分別以L/A/C表示，并檢測(cè)BER與SNR的值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同的音樂(lè)類型抵抗L/A/C攻擊的抵抗能力有所差異。Classical音樂(lè)對(duì)攻擊的抵抗能力最好，Rock音樂(lè)對(duì)各類攻擊的抵抗能力最差。其SNR分別為35dB和40dB，而針對(duì)C類攻擊的BER分別為0%和20%。

　　3結(jié)論

　　本算法實(shí)現(xiàn)根據(jù)音頻文件自身的序列來(lái)計(jì)算特征值與嵌入強(qiáng)度，不僅操作簡(jiǎn)單而且易于實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看到該算法對(duì)于低通濾波，疊加噪聲的攻擊有很好的抗攻擊能力。不過(guò)該算法也有一點(diǎn)不足之處，該算法對(duì)于音頻壓縮攻擊具有一定的缺陷，如何提高對(duì)音頻壓縮攻擊的抗攻擊能力是下一步的工作重點(diǎn)。

　　參考文獻(xiàn):

　　[1]S.W.Shin，J.W.Kim，J.U.Choi.DevelopmentofAudioWatermarkingAlgorithmusingAudioFeatureQuantization.TelecommunicationReview.2002，12(5):654-662.

　　[2]LieWN，ChangLC.Robustandhigh-qualitytime-domainaudiowatermarkingsubjecttopsychoacousticmasking.In:ProceedingsoftheIEEEinternationalSymposiumonCircuitandSystem.Arizona，USA.2002，2:45-48.

　　[3]王向陽(yáng)，楊紅穎，趙紅.一種可抵抗MP3壓縮的音頻水印算法.自動(dòng)化學(xué)報(bào)，2007，33(3):248-252.

　　[4]朱奎龍，侯麗敏.抗解壓縮/壓縮攻擊的MP3壓縮域音頻水印.上海大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，14(4):331-335.

　　相關(guān)刊物推薦：自動(dòng)化學(xué)報(bào)(月刊)創(chuàng)刊于1963年，是由中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)、中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所共同主辦的高級(jí)學(xué)術(shù)期刊。刊載自動(dòng)化科學(xué)與技術(shù)領(lǐng)域的高水平理論性和應(yīng)用性的科研成果。