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博士学位论文 鲁棒性数字音频水印算法研究
摘要
音频压缩技术的成熟和互联网的普及使得对音频作品的保护变得日益重要。在一个充满了竞争对手的商业环境中设计一个鲁棒且安全的数字音频水印系统是一项十分困难的工作。对音频水印技术来说，时间域上的同步攻击是一个极具挑战性的公开研究难题，本论文主要致力于设计能够有效抵抗这些同步攻击的鲁棒性数字音频水印算法。而且，还以我们开发的算法为基准，详细研究了纠错码技术在各种音频信号处理、同步攻击以及音频水印系统鲁棒性标准测试工具Stirmark for Audio的攻击下对水印检测器性能的影响。随机剪切(Random Cropping)、抖动攻击(Jittering)、变调(Pitch Shifting)、保持音调不变的时间缩放TSM(Time Scale Modification)是数字音频水印技术中十分典型的几种时间域同步攻击方法。与MP3音频压缩、低通滤波等常规的音频信号处理攻击相比，同步攻击更加难以抵抗，已经成为研究界的一个公开难题。在本论文中我们设计了两大系列鲁棒性数字音频水印算法，其主要目的是对各种同步攻击进行高强度的抵抗。第一系列算法基于恒定水印的思想，在离散小波域寻找在各种音频信号处理和同步攻击下都能保持基本稳定的物理量用于水印的嵌入和检测。而且，基于该算法进行了大量实验，研究纠错码(重复码和BCH码)对提高水印检测性能的作用，并给出了有效使用纠错码的几条规则。第二系列算法是基于隐含同步思想开发的局部化音频水印技术。首先根据不同的方法选择出代表音乐边缘的许多小的局部区域，然后在这些区域中重复嵌入完全相同的水印比特序列。这些区域通常对应于鼓等打击乐器，对音乐的节奏、感情等具有极大的影响。一般说来，为了保持高的音频质量，这些区域即使经历音频信号处理和同步攻击也不会有太大变化。这样，水印不仅可以在与嵌入几乎相同的区域中进行检测，而且还可以躲避各种音频信号处理和同步攻击。本质上，这种算法依赖于水印嵌入区域在各种攻击下的稳定性，检测水印前首先利用这种性质进行隐含同步。
关键字：鲁棒音频水印，恒定水印，隐含同步，纠错码