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基于幅值重排的抗倍速攻击音频水印算法

太原理工大学学报 2023年

作者：王鑫黄樱牛保宁吴世强兰方鹏关虎中国科学院自动化研究所太原理工大学信息与计算机学院北京邮电大学

数字音频水印技术是指将具有特定意义的水印信号嵌入到原始音频信号中，并在需要时可将水印信号提取出来的技术。该技术在版权保护、内容认证、保密通信等领域有着重要的应用。随着音频编辑软件和在线音频编辑网站日益成熟，对音频进行... 详细信息

数字音频水印技术是指将具有特定意义的水印信号嵌入到原始音频信号中，并在需要时可将水印信号提取出来的技术。该技术在版权保护、内容认证、保密通信等领域有着重要的应用。随着音频编辑软件和在线音频编辑网站日益成熟，对音频进行修改变得越来越便捷，对音频进行倍速是一种常见的修改，但现有的数字音频水印算法对音频倍速攻击的鲁棒性有待提高，不能很好地抵抗这种修改。针对这一问题，提出基于波形相似重叠加法和幅值重排的音频水印算法。该算法基于倍速原理，通过波形相似重叠加法划分音频区域，确定倍速前后均存在的不变区域作为嵌入区域，保证水印在倍速攻击中的稳定性；对嵌入区域进行离散余弦变换后，选取不易感知且抗攻击性好的中频区域，使用幅值重排的方法实现水印嵌入，使该区域在嵌入前后的总能量保持不变，在保证不可感知性的同时提高水印算法对倍速攻击的鲁棒性。实验结果表明，该算法在保持音频水印不可感知性的同时，能够提高对倍速攻击的鲁棒性，平均误码率小于0.02。

关键词：音频水印音频倍速幅值重排离散余弦变换鲁棒性不可感知性

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抵抗变速和变调的音频水印算法

抵抗变速和变调的音频水印算法

作者：王鑫太原理工大学

学位级别：硕士

数字音频水印算法是指将具有特定意义的水印信号通过某种方法嵌入到原始音频信号中,并在需要时将水印信号取出来的一种技术,属于信息隐藏技术的分支,是信息安全领域的重要研究内容,在版权保护、内容认证、保密通信等领域有着重要的应用... 详细信息

数字音频水印算法是指将具有特定意义的水印信号通过某种方法嵌入到原始音频信号中,并在需要时将水印信号取出来的一种技术,属于信息隐藏技术的分支,是信息安全领域的重要研究内容,在版权保护、内容认证、保密通信等领域有着重要的应用。不可感知性和鲁棒性是数字音频水印算法两个重要的评价指标。一方面,水印的嵌入是类似在原始音频上加噪的操作,应尽可能地降低在听觉上的影响。另一方面,水印信息作为需要被取的版权标识,不应在传播和使用的过程中被破坏,需要保持水印信息的完整性,这就要求水印对可能受到的攻击具有鲁棒性。常见的音频攻击有剪辑、变速、变调、拼接等,现有的数字音频水印算法大多不能很好地抵抗变速和变调操作,主要原因如下:现有的音频水印算法在嵌入时需要考虑水印嵌入位置和水印嵌入方法两方面。在嵌入位置的选取上,大多针对时间轴进行位置的选取,然后对确定时间范围内的数据选择合适的域变换,进行变换后嵌入水印。但是当音频受到变调攻击后,同一时间轴上的数据在低、中、高频的分布被改变,导致含有水印的部分移位而无法取,因此选取固定频段进行嵌入存在问题。在嵌入方法的选取上,大多使用加性水印方案将水印嵌入到待嵌入区域,但是这种对数据的改变会影响音频变速时最大相关性的计算,从而导致变速结果因水印的嵌入而无法预计,导致无法正确取出变速后音频中的水印。针对变速攻击,本文出在不变区域通过幅值重排的方法进行水印嵌入。当音频受到变速攻击后,原有采样点会产生时间上的偏移,且嵌入的水印会对音频变速的结果产生相互影响,若直接采用常见的方法进行处理,会导致在原先嵌入水印的位置上无法进行水印取的问题。本文基于波形相似重叠加法(Waveform Similarity Overlap-Add,WSOLA)算法找到每帧中的不变区域,并将其确定为嵌入区域。在该区域内进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT),预先设置重排效果,选取中频区域进行幅值重排,对DCT中频系数的子段根据待嵌水印位选取排列方式进行重排。针对变调攻击,本文出对能量按百分比进行划分,选择合适的区域进行水印嵌入。当音频受到变调攻击后,虽然原特征点位置未发生改变,但是无法在该位置找到正确的频段分量。本文基于能量分布的思想,先对音频进行分帧,对每帧进行DCT变换得到幅值序列。然后对每帧依次计算每个位置前n项能量和所占百分比,选取每帧90%至95%的区域进行嵌入。嵌入时采用扩频水印的思路,生成伪随机序列携带水印信息进行嵌入。对出的音频水印算法的实验评估包括不可感知性和鲁棒性两个方面,数据来自Mir-1K音乐数据库,分别进行了不可感知性的主、客观评价标准实验和鲁棒性的客观评价标准实验。实验结果表明,本文出的算法在满足不可感知性的情况下,可分别高对变速攻击和变调攻击的鲁棒性。

关键词：音频水印音频变速音频变调幅值重排鲁棒性

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音频水印技术在总台广告业务中的应用研究

现代电视技术 2021年第7期 73-77页

作者：李伟男中央广播电视总台

本文通过了解音频水印技术的基本技术原理以及应用现状,对音频水印技术在中央广播电视总台广告业务中的互动开展进行了研究。并以CCTV微视音频水印公益广告作为案例进行分析,具体介绍了音频水印技术从前期策划、手机应用端具体实现、大... 详细信息

本文通过了解音频水印技术的基本技术原理以及应用现状,对音频水印技术在中央广播电视总台广告业务中的互动开展进行了研究。并以CCTV微视音频水印公益广告作为案例进行分析,具体介绍了音频水印技术从前期策划、手机应用端具体实现、大小屏互动到运营数据分析等各阶段的实际应用。

关键词：音频水印互动广告

A robust intelligent audio watermarking scheme using support vector machine

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Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering 2016年第12期17卷 1320-1330页

作者： Mohammad MOSLEH Hadi LATIFPOUR Mohammad KHEYRANDISH Mahdi MOSLEH Najmeh HOSSEINPOUR Department of Computer Engineering Dezfoul Branch Islamic Azad University Dezfoul Iran Department of Computer Engineering Andimeshk Branch Islamic Azad University Andimeshk Iran Young Researchers and Elite Club Andimeshk Branch Islamic Azad University Andimeshk Iran

信息技术和计算机网络的快速发展引发了数字域数据传输的广泛使用。然而,如何保护数据免于非授权复制与分发行为也是数据所有者们所面临的主要挑战。数字水印技术作为缓解导致系统效率下降潜在挑战一种可靠保护方法,逐渐被人们所认同数... 详细信息

信息技术和计算机网络的快速发展引发了数字域数据传输的广泛使用。然而,如何保护数据免于非授权复制与分发行为也是数据所有者们所面临的主要挑战。数字水印技术作为缓解导致系统效率下降潜在挑战一种可靠保护方法,逐渐被人们所认同数字音频水印应当能以人耳不能察觉的方式保持主信号的质量,也应当能在潜在的攻击前保持足够的稳健型。传统音频水印技术存在的一个主要问题是使用非智能解码器——此类解码器在提取数字水印时仅使用特定的规则集。本文提出了一种稳健、智能的音频水印方法,该方法有效地结合了奇异值分解(Singular value decomposition,SVD)和支持向量机(Support vector machine,SVM)技术。该方法通过调整奇异值实现水印数据嵌入,又通过SVM智能解码器实现水印提取。此外,通过学习噪声信号的有害效应,该解码器能够有效的提取水印。不同条件下的一系列实验验证了所述设计的性能。实验结果表明,与传统方法相比,本文方法能够提供更好的不可见性、更高的鲁棒性、更低的负载和更高的操作效率。

关键词：音频水印版权保护奇异值分解机器学习支持向量机

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基于重心的抗同步攻击的音频水印算法

自动化学报 2013年第8期39卷 1321-1329页

作者：黄雄华王宏霞蒋伟贞崔更申西南交通大学信息科学与技术学院成都610031 桂林电子科技大学广西可信软件重点实验室桂林541004 暨南大学信息科学技术学院广州510084

抗同步攻击是音频水印领域公开的难题.相对重心是音频的一个稳定的全局特征量,对TSM(Time scale modification)等同步攻击不敏感.本文提出一种基于相对重心的抗同步攻击的音频水印算法,提出的算法通过量化音频的相对重心生成水印,生成... 详细信息

抗同步攻击是音频水印领域公开的难题.相对重心是音频的一个稳定的全局特征量,对TSM(Time scale modification)等同步攻击不敏感.本文提出一种基于相对重心的抗同步攻击的音频水印算法,提出的算法通过量化音频的相对重心生成水印,生成的水印由混沌序列加密后以量化的方法嵌入载体音频三级小波近似分量均值中.为了降低同步攻击后同步位置的连续偏移,水印嵌入提取过程采用了均匀分帧的方法.实验结果表明提出的算法能抵抗常规信号处理操作,同时能抵抗20%的TSM操作(包含音调不变TSM和重采样操作)和1/10的抖动操作,有很好的鲁棒性.

关键词：音频水印相对重心 TSM 均匀分帧

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基于变分贝叶斯学习的音频水印盲检测方法

通信学报 2015年第1期36卷 121-128页

作者：唐鑫马兆丰钮心忻杨义先北京邮电大学信息安全中心北京100876 北京国泰信安科技有限公司北京100086

为了提高音频水印的检测性能,基于音频帧MFCC特征的统计特性,提出了一种音频水印盲检测方法。在音频帧的DCT系数上嵌入扩频水印,对嵌入水印的音频帧和原始音频帧分别提取MFCC特征进行训练,分别建立高斯混合模型,并通过变分贝叶斯学习方... 详细信息

为了提高音频水印的检测性能,基于音频帧MFCC特征的统计特性,提出了一种音频水印盲检测方法。在音频帧的DCT系数上嵌入扩频水印,对嵌入水印的音频帧和原始音频帧分别提取MFCC特征进行训练,分别建立高斯混合模型,并通过变分贝叶斯学习方法估计出高斯混合模型的参数,检测时依据最大似然的原则。实验结果显示提出的方法在音频信号受到噪声干扰和恶意攻击的情况下,相对基于EM算法的方法在误检率上有明显降低,在小样本训练情况下具有更好的效果并且可以有效避免过拟合的问题。

关键词：高斯混合模型音频水印盲检测过拟合

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DCT域上自适应抗HSI音频水印算法

DCT域上自适应抗HSI音频水印算法

作者：武晨艳太原理工大学

学位级别：硕士

音频水印算法将表示特定含义的信息(音频创作者的相关信息、音频文件的下载及传播记录)嵌入到音频文件中,不影响原始音频文件自身的品质;在发生版权纠纷的情况下,能够将嵌入音频中的水印信息正确地提取出来,即使嵌入水印后的音频受到信... 详细信息

音频水印算法将表示特定含义的信息(音频创作者的相关信息、音频文件的下载及传播记录)嵌入到音频文件中,不影响原始音频文件自身的品质;在发生版权纠纷的情况下,能够将嵌入音频中的水印信息正确地提取出来,即使嵌入水印后的音频受到信号处理攻击,水印提取的正确性也不会受到影响。在音频中嵌入水印可以实现音频版权的追踪,它的有效性不仅取决于嵌入水印后算法的不可感知性,还取决于提取时的鲁棒性。两者之间是相互制衡的,能否使两者达到更好的平衡是音频水印算法是否能够实用化的决定因素。近年来,基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform,DCT)的水印算法受到广泛关注,DCT变换计算效率高,对音频作该变换后,能量集中且守恒。本文针对DCT域上的音频水印,研究自适应嵌入技术和提取时的抗宿主信号干扰(Host Signal Interference,HSI)技术,保证嵌入的水印在不可感知的前提下,最大化水印提取的鲁棒性。自适应嵌入技术随宿主音频的不同,自适应地确定嵌入参数。信噪比(SignalNoise Ratio,SNR)常用于嵌入水印的不可感知性参数。目前基于SNR自适应的音频水印算法对于是否存在进一步提高嵌入参数的上限的空间,没有给出回答;对于DCT域上音频水印提取时处理HSI的算法,目前的研究没有利用HSI对水印提取的积极作用,算法的鲁棒性还有进一步提高的空间。基于以上自适应音频水印算法的研究现状,本文借鉴DCT域上自适应图像水印算法的思想,提出自适应抗HSI音频水印算法,在保证水印不可感知的前提下,最大化水印的鲁棒性。本文主要工作内容和创新点如下:(1)提出一种提高嵌入参数上限的自适应函数关系。在建立嵌入参数与SNR之间的函数关系时,将DCT能量守恒原理考虑其中,提高了嵌入参数的上限,从而更好地平衡水印的不可感知性和鲁棒性;在此基础上,对适合嵌入水印的音频分段,根据确定的函数关系自适应地确定每一段音频的嵌入参数,使得音频文件获得一致的SNR,并通过对五种不同类型的音频进行仿真实验来验证本文算法在不可感知性方面的有效性。(2)提出一种引入HSI控制因子提高算法鲁棒性的策略。通过理论分析可知,HSI对水印提取的结果既有积极作用,也有消极影响,引入HSI控制因子后,能够更好地消除HSI对水印提取的消极影响,同时通过HSI控制因子的合适取值,最大程度的保留其对水印提取的积极作用,进一步提高算法的鲁棒性,并通过对五种不同类型的音频进行仿真实验来验证本文算法在鲁棒性方面的有效性。对五种不同类型的音频进行仿真实验的结果表明,从不可感知性方面来说,本文算法的SNR大于现有算法的SNR,本文算法SNR的均值相比A-SNR算法、OPT-SNR算法、MO-PN算法和DCT-GA算法分别提高了4.6、3.7、3.2和1.3;从算法对常规攻击的鲁棒性方面来说,本文算法的误码率(Bit Error Rate,BER)均值明显优于ASNR算法和OPT-SNR算法,对于MP3攻击(64kbps),本文算法的BER相比MO-PN算法和DCT-GA算法分别提高了12.84%和2.12%,上述实验结果表明,本文算法具有良好的嵌入水印的不可感知性,同时,也提高了抵抗攻击的鲁棒性,使两者达到一个更高水平的平衡。本文以上述创新算法为关键技术,实现了数字音频水印隐蔽嵌入与鲁棒提取系统,包括用户登录、原始音频选择、水印信息生成、水印嵌入、添加攻击和水印提取六个模块。

关键词：音频水印离散余弦变换扩频方法自适应不可感知性鲁棒性

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局部统计特征的抗同步攻击音频水印

应用科学学报 2014年第4期32卷 434-440页

作者：项世军霍永津刘尚翼罗欣荣暨南大学信息科学技术学院广州510632

利用音频局部统计特征提出一种可同时抵抗时域拉伸和局部裁剪攻击的音频水印算法.水印嵌入时先对音频信号进行鲁棒自适应分段,然后计算直方图和均值,参照均值修改直方图形状以完成信息隐藏.理论分析和实验结果表明,该方法具有很好的抗... 详细信息

利用音频局部统计特征提出一种可同时抵抗时域拉伸和局部裁剪攻击的音频水印算法.水印嵌入时先对音频信号进行鲁棒自适应分段,然后计算直方图和均值,参照均值修改直方图形状以完成信息隐藏.理论分析和实验结果表明,该方法具有很好的抗时域拉伸性能,且抵抗局部裁剪攻击的性能有显著提高.

关键词：音频水印鲁棒分段随机裁剪局部统计特征

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DCT和DWT域音频水印幅值变化规律分析

电子学报 2013年第6期41卷 1193-1197页

作者：张金全王宏霞西南交通大学信息科学与技术学院四川成都610031 成都信息工程学院网络工程学院四川成都610225

嵌入水印对音频信号波形的影响受到的关注不多.分析得出改变采样序列离散余弦变换(Discrete CosineTransform,DCT)域某个交流系数时,逆DCT后幅值变化服从余弦曲线,改变离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)域某个近似系数时,... 详细信息

嵌入水印对音频信号波形的影响受到的关注不多.分析得出改变采样序列离散余弦变换(Discrete CosineTransform,DCT)域某个交流系数时,逆DCT后幅值变化服从余弦曲线,改变离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)域某个近似系数时,重构后采样序列幅值变化呈现为所选小波的尺度函数.并对在DWT-DCT混合域嵌入水印做了讨论.通过推导和实验,得到采样点的改变量与DCT域低频系数的改变量、DWT域近似系数的改变量及混合域低频系数的改变量成线性关系.所得结论有助于发现嵌入算法带给采样点序列的不连续变化而使含水印音频产生可听噪声,也有助于提高水印的嵌入效率.

关键词：音频水印离散余弦变换离散小波变换混合域可听噪声