数字音频水印技术的研究和实现

论文摘要

随着互联网和计算机技术的普及和飞速发展,数字多媒体产品得到了广泛应用。如何在网络环境下实施数字产品的版权保护、合法权益和信息安全,成为数字通信中亟待解决的问题。数字水印技术的发展提供了解决这一问题的新思路。随着以MP3为代表的音乐产品在网络上广泛传播,数字音频水印技术逐渐成为国内外学术界研究的热点。本论文重点研究数字音频水印技术,并在此基础之上,给出水印图像恢复的新思路。给出了两种基于独立分量分析(Independent Component Analysis,ICA)的数字音频水印方法和一种基于码本映射的分块离散Hopfield网络的水印图像恢复方法。首先,阐述了课题提出的意义和研究背景。其次,介绍了本论文中用到的基本理论知识。接着,给出了两种基于ICA的小波域数字音频水印方法。第一种方法针对数字水印算法对抗时间轴同步攻击能力较弱,以及版权保护和音频信号感兴趣区域(Region of Interest,ROI)内容保护的问题,给出了一种基于ICA的自同步小波域多目的音频水印方法,实现了对音频信号重要音频段和版权标识保护的双重目的。第二种方法针对多著作权版权保护、音频重要音频段内容保护和篡改定位的问题,给出了一种基于ICA的小波域多重和多目的音频水印方法,该方法把音频信号的ROI和两个图像标识嵌入到宿主信号中,实现了水印技术的多重性和多目的性这两个重要特性,并且只需嵌入鲁棒水印而不需要嵌入脆弱水印即可实现篡改定位的功能。最后,针对水印领域中经常遇到的版权标识遭受恶意攻击而无法有力保护版权的问题,给出了一种基于码本映射的分块Hopfield网络的水印图像恢复方法,该方法通过码本映射的方式解决了Hopfield网络权矩阵占用空间大的问题;采用对图像进行分块和降低相关性的方法,提高了网络对模糊图像的恢复性能。实验结果表明,给出的两种水印方法均满足音频水印技术对透明性、鲁棒性和安全性的要求,可以用于数字音频产品的版权保护、内容保护或篡改区域定位;给出的针对模糊水印图像的恢复方法,改善了传统水印系统的性能,进一步达到了版权保护的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 选题的意义和研究背景
• 1.2 数字音频水印技术概述
• 1.2.1 数字音频水印技术的概念
• 1.2.2 数字音频水印技术的分类
• 1.2.3 数字音频水印技术的特征分析
• 1.2.4 数字音频水印技术的性能评估
• 1.2.5 数字音频水印技术的发展现状
• 1.3 本论文的主要研究内容及章节安排
• 2 基本知识和基本原理
• 2.1 离散小波变换
• 2.2 奇异值分解（SVD）
• 2.3 盲源分离技术
• 2.3.1 盲源分离概述
• 2.3.2 独立分量分析（ICA）
• 2.4 离散Hopfield网络
• 2.4.1 离散Hopfield网络概述
• 2.4.2 离散Hopfield网络拓扑结构和学习算法
• 2.4.3 离散Hopfield网络性能分析
• 3 基于ICA和SVD的自同步小波域多目的音频水印方法
• 3.1 引言
• 3.2 水印信号生成及嵌入
• 3.2.1 水印信号的生成
• 3.2.2 自同步点的提取
• 3.2.3 水印信号的嵌入
• 3.3 水印提取
• 3.4 实验结果
• 3.4.1 透明性测试
• 3.4.2 鲁棒性测试
• 3.4.3 安全性测试
• 3.5 本章小结
• 4 基于ICA的小波域多重和多目的音频水印方法
• 4.1 引言
• 4.2 水印信号生成及嵌入
• 4.2.1 水印信号的生成
• 4.2.2 水印信号的嵌入
• 4.3 水印提取
• 4.4 篡改定位原理
• 4.5 实验结果
• 4.5.1 透明性测试
• 4.5.2 鲁棒性测试
• 4.5.3 安全性测试
• 4.5.4 篡改定位测试
• 4.6 本章小结
• 5 基于码本映射的分块离散Hopfield网络的水印图像恢复方法
• 5.1 引言
• 5.2 水印图像恢复方法的实现原理
• 5.3 实验结果和性能分析
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢