基于DCT音頻水印技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn)

王磊

【摘 ? 要】 數(shù)字音頻水印技術(shù)是通過將水印技術(shù)運(yùn)用于數(shù)字視頻產(chǎn)品中，對(duì)數(shù)字音頻產(chǎn)品進(jìn)行加密，從而起到保護(hù)數(shù)字音頻產(chǎn)品版權(quán)的作用。DCT變換是音頻水印算法中，較易實(shí)現(xiàn)有很強(qiáng)的能量集中特性的一種算法。本文利用MATLAB軟件完成基于DCT域音頻水印技術(shù)的研究。

【關(guān)鍵詞】 水印;DCT變換;MATLAB

Research and realization of audio watermarking based on DCT

Wang Lei

[Abstract] Digital audio watermarking technology is used in digital video products to encrypt the digital audio products， so as to protect the copyright of digital audio products. DCT transform is one of the audio watermarking algorithms， which is easy to implement and has a strong feature of energy concentration. This paper USES MATLAB software to finish the research and realization of audio watermarking technology based on DCT domain.

[Keywords] watermark; DCT transform; MATLAB

本文主要研究基于DCT域的音頻水印技術(shù)。并對(duì)該算法進(jìn)行了實(shí)現(xiàn)，通過實(shí)驗(yàn)分析了算法的安全性，透明性與魯棒性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，兩種算法均有良好的安全性，透明性與魯棒性，是有效的音頻數(shù)字水印算法，能夠進(jìn)行音頻水印的版權(quán)保護(hù)[1]。

1 ?數(shù)字水印

數(shù)字水印技術(shù)，是指在數(shù)字作品中嵌入特定的但是不明顯的記號(hào);被嵌入的記號(hào)應(yīng)當(dāng)是人類不可察覺的，但是通過一些計(jì)算操作可以被檢測(cè)或被提取[2]。水印與原始數(shù)據(jù)需要緊密結(jié)合并隱藏其中[1]。

1.1 ?數(shù)字音頻水印

數(shù)字音頻水印是數(shù)字水印技術(shù)的一個(gè)分支，主要以語音文件作為研究對(duì)象研究水印的嵌入和提取。音頻水印技術(shù)通過特定的算法，利用人類的聽覺掩蔽效應(yīng)把一些特定的標(biāo)志信息嵌入到各種音頻文件中的指定位置，又不會(huì)影響語音文件的聽覺效果，從而達(dá)到對(duì)音頻版權(quán)和完整性的保護(hù)。同圖像水印技術(shù)一樣，作為水印信息的可以是隨機(jī)序列、文本文件、二值圖像等多媒體數(shù)據(jù)，水印嵌入音頻文件后應(yīng)保證水印的不可察覺性，同時(shí)要求不能對(duì)載體音頻有較大影響，影響人們的聽覺效果。因此音頻水印應(yīng)具有保真度、魯棒性、安全性等特點(diǎn)[3]。 ? ? ? ?2 ?DCT變換算法

離散余弦變換（DCT）是與傅里葉變換相關(guān)的一種變換。DCT變換具有很強(qiáng)的“能量集中”特性，能將信號(hào)的能量集中在離散余弦變換后的低頻系數(shù)中。所以本文利用DCT變換將水印信息嵌入到音頻文件的低頻系數(shù)中。

2.1 ?DCT變換

一維離散余弦變換（DCT）：

其中M是處理信號(hào)的長(zhǎng)度。

3 ?基于DCT域音頻水印的研究與實(shí)現(xiàn)

3.1 ?水印的嵌入

根據(jù)DCT的變換和特點(diǎn)，將水印嵌入音頻中，它的實(shí)現(xiàn)過程如圖1所示。

3.2 ?水印的提取

對(duì)水印嵌入過程進(jìn)行反向操作就是水印的提取，本文水印的提取過程不需要原始音頻信息或原始水印信息，屬于盲水印算法，提取過程如圖其方法如圖2所示。

3.3 ? 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

本文采用單聲道，16位量化，22050Hz采樣率，時(shí)長(zhǎng)為2s的音頻信號(hào)（酷我音樂啟動(dòng)音.wav文件左聲道部分）作為原始的數(shù)字音頻信號(hào)，采用 的二值圖像作為水印。其中，分段長(zhǎng)度N=8，步長(zhǎng)=0.03 。

3.4 ?抗擊能力測(cè)試

音頻文件在傳輸、處理中常見的攻擊方式多為主動(dòng)攻擊，主動(dòng)攻擊一般包含添加噪聲攻擊、有損壓縮攻擊、采樣攻擊、量化攻擊、AD/DA轉(zhuǎn)換攻擊、濾波攻擊等。未對(duì)水印算法進(jìn)行攻擊測(cè)試，得到的嵌入水印的音頻，和原始音頻基本上沒有差異。以噪聲攻擊、為例驗(yàn)證水印算法的魯棒性。

本文通過加入均值是0，方差為0. 01的高斯白噪聲對(duì)水印算法進(jìn)行攻擊測(cè)試。歸一化相關(guān)系數(shù)NC=0.9989，加入10dB的高斯白噪聲攻擊。

如表1所示分別計(jì)算加入白噪聲、有損壓縮、剪切等攻擊的的歸一化系數(shù)。

4 ?結(jié)論

由于DCT系數(shù)的正負(fù)性不易改變這一特點(diǎn)，利用DCT系數(shù)正負(fù)性來嵌入和提取水印具有很強(qiáng)的魯棒性。從仿真結(jié)果看，該方法利用調(diào)制后的DCT系數(shù)在信號(hào)上疊加水印。NC值比較接近1具有很好的穩(wěn)定性。能夠保證音頻的質(zhì)量，有效地減少了噪聲。通過分析可知該算法簡(jiǎn)單，具備一定的抗干擾能力，實(shí)驗(yàn)證明該算法具有一定的透明性與魯棒性，是一種可行的音頻水印算法。

參考文獻(xiàn)：

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