音頻特征提取與音頻數(shù)字水印結合的音樂版權保護探究

李倩 李德

摘要：音樂版權的保護實質上是對創(chuàng)作音樂者智慧結晶的保護。如何提高音樂版權的唯一性，防止音樂抄襲現(xiàn)象的泛濫，一直是音樂領域的難題。本文基于時下熱門的音頻特征提取技術，對音頻進行多特征提?。好窢柕棺V系數(shù)、響度范圍、靜音幀比例等，生成唯一的特征值序列，將其加密后作為水印，利用LSB算法嵌入到音頻中，起到有效的版權聲明作用，為音頻數(shù)字水印與特征提取結合提出一種可能性，為音樂版權保護的未來提出展望。

關鍵詞：音頻數(shù)字水印 特征提取 版權保護

一、緒論

音樂版權的保護旨在保護音樂的原創(chuàng)性與知識產權，版權保護的核心是保護創(chuàng)作者的靈感與智慧體現(xiàn)。然而如今的信息互聯(lián)時代，竊取音樂旋律、盜版的手段方式更加五花八門，例如，在未經創(chuàng)作者允許的情況下在原聲帶音頻的基礎上修改創(chuàng)作，或者以不明顯的模仿方式直接盜用原曲的旋律與曲調等。這種盜取避開了音頻數(shù)字水印的保護，是否存在抄襲情況始終依賴于人的經驗分析。而音頻信號是帶有語音、音樂、音效的有規(guī)律的聲波的信息載體，其中語音和音樂是是音頻信號的主要內容。本文提出音頻數(shù)字水印與特征識別分析結合的方式來有效判定：對音頻進行多特征提取，得到一個特征值序列，將該序列作為水印利用音頻數(shù)字水印嵌入算法嵌入音頻中，更好的作為版權保護音頻。

二、結合特征提取的版權保護實現(xiàn)

（一）音樂的三要素

音樂的三要素分為：旋律、節(jié)奏、和聲。旋律又稱“曲調”，是構成音樂的首要要素。旋律是含有音高和節(jié)奏的人聲或樂器的樂音序列，它在音樂中不同的排列位置產生樂音的復合音效;節(jié)奏是由長短、強弱不同的節(jié)拍組成的有序整體，沒有節(jié)奏的旋律只是單調的音符集合，沒有音樂的美感，是抄襲者容易篡改的一個部分;和聲即在同一時間由兩個或兩個以上音高的音組合發(fā)聲形成的聲音，用來描述不同音高音符之間關系的不同帶來的音效的差異，起到渲染烘托的作用。對于音樂的特征基于這三個基本要素進行分析提取。

（二）音樂特征提取

音樂的特征有很多類別，本文使用了幾種簡單常用但具有唯一識別音頻的幾個特征：梅爾倒譜系數(shù)（MFCC）、響度、響度范圍、靜音幀比例。梅爾倒譜系數(shù)（Mel-scale Frequency Cepstral Coefficients）是基于人耳的聽覺機理在梅爾標度頻率域提取出來的信號倒譜系數(shù)，主要根據(jù)人耳對音頻的反應結果對音頻進行分析：首先對音頻信號進行預處理，然后對處理后的信號進行快速傅里葉變換，得到譜線能量和Mel濾波能量，將Mel濾波能量進行對數(shù)運算后進行DCT倒譜，得到MFCC特征;響度反應了音頻能量的大小，由于音強與音高的變化都會引起響度變化，所以響度側面體現(xiàn)了這兩個因素在音頻中的影響;響度范圍即音頻中最大響度與最小響度之差;靜音幀比例指短時能量在一定閾值范圍內的音頻幀，靜音幀比例即為其占全部音頻幀的比重。

（三）音頻數(shù)字水印的提取與解碼

利用得到的四個特征值，對其進行加密后，轉換成二進制形式，得到四個二進制序列，利用最低比特位替代法（Least Significant Bits， LSB）進行嵌入。最低比特位替代法是音頻信息隱藏中使用最廣泛最簡單的算法之一。本文的使用方法：首先對原始音頻根據(jù)時域平均提取采樣點，對其進行預處理，去除部分雜聲減少干擾;再將提取出來的特征值計算轉換得到一個標識性的二進制特征序列，即為水印內容;之后將每個采樣點的最低的4個比特位替換成水印二進制特征序列的4位對應二進制編碼，水印成功被嵌入。提取水印的過程采用與嵌入完全逆向的方式，找到采樣點的最低位將數(shù)據(jù)提取出來，利用密鑰進行解密，得到水印內容。整個過程的實現(xiàn)步驟如圖1所示。

三、總結

將音頻特征生成唯一的標識序列作為水印嵌入音頻中，能夠更加有效地聲明音樂作品的唯一性，無論誰對原版音頻做了改動，特征值都不會再相同，抄襲者也無法解析篡改特征值。本文提出的生成音頻數(shù)字水印的特征只選取了主要的幾種，音頻特征還包括線性預測倒譜系數(shù)（Linear Prediction Cepstrum Coefficient）、小波系數(shù)等等，越具有標識性的音頻特征值在版權保護中的應用越有效力。特征提取識別技術的發(fā)展對未來音樂版權的保護會有更大的應用前景，但對于音樂版權的保護不能僅僅依賴技術，更關鍵的是提高人們對音樂著作權的保護意識。國內對于音樂作品的版權定義始終模糊，抄襲現(xiàn)象依舊層出不窮。如何發(fā)揮音頻數(shù)字水印的最大實際作用，可以基于多大的相似度對音樂抄襲定性，是研究者們需要長期努力的方向。加強對音樂版權的保護力度，加大對抄襲盜版違法行為的懲治與抵制，是眾多創(chuàng)作者的心之所向。

參考文獻

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