信息隐藏与数字音频水印

【摘要】：随着数字化和网络化的飞速发展,数字信息隐藏技术成为当前信息科学领域研究的热点。在许多应用领域,它正受到越来越多的重视。逐渐的,数字化音频、视频和图片被嵌入可区别的、不可见的水印。这些水印可能隐含一些版权说明、序列号、甚至可以直接限制未被授权的复制行为。 对这个新兴的、迅速发展的领域,本文试图做出一个概括介绍,包括已知的、有效和无效的信息隐藏技巧,以及一些有趣的研究课题。传统的数据加密技术可以部分克服随意散布信息,但加密数据同时也激发了破解的兴趣。迅速发展的破译技术使加密数据变得几乎与未加密数据一样危险。而且,传统的数据加密技术对数据的合法性检测及跟踪,是无能为力的。现代数据隐藏技术的发展,极大的降低了数据的危险性。这是因为数据隐藏首先可以隐藏信息的存在,其次,破坏载体数据,也并不能得到隐藏其中的私人信息。 数字水印技术是当前信息隐藏技术研究最为活跃的一个分支。数字水印技术利用一定的技术将特定的数字信息添加到载体文件中,并且通过一定的手段和检测标准,提取或者检测它们。水印要求添加的信息不破坏载体的正常使用,此即为隐形性要求;载体经过处理后,水印应同样能够检测,即为稳健性要求。作为隐藏信息唯一性的证明,对水印技术还有单向性的要求。因此,一般采用基于统计相关分析的水印检测技术。当前对数字水印技术的讨论大多是基于图像载体的。 本文讨论的是应用信息隐藏技术的理论,在声音文件中添加数字水印的技术。相对于数字图像水印技术而言,音频是一维信号, WP=3 人耳在接收的时候会随时间全部输入,由于人类听觉系统比视觉系统更为敏感,这使得数字音频水印技术的设计更具有挑战性。有效的水印方案应该是多种技术的结合,以此满足不同的应用环境下的适用性。 本文从简入繁,从三个不同侧面提出数字音频水印系统的设计和实现方案。在FFT变换域的低频DC部分可以嵌入水印信息,但是由于水印嵌入声音文件最敏感的低频部分,这个方案在嵌入数据量和鲁棒性上都具有不可忽视的局限性。为了加强水印信息生成过程的单向性,降低检测过程的误检率,采用人字满映射产生这种基于相关统计分析所需要的随机序列,保证该序列的随机性,同时关联数字水印技术,该技术采用使嵌入载体数据中的水印信息序列和水印嵌入位置序列相关联的方法,同时使用双通道水印信息技术。利用小波变换工具在小波变换域中添加水印信息,通过对该技术的理论分析和实验研究,都表明这种关联水印技术可以极大的提高数字水印技术的可靠性和安全性,同时由于该技术可缩减嵌入载体数据中的水印信息长度使得水印技术的隐形性得到一定程度的保证。最后,针对字音频水印的重要问题——同步性问题,在分析数字音频水印同步性的基础上,提出一种结合音频倒频系数和以音频能量特征决定数字水印嵌入位置的数字水印方法。