音频信息隐藏算法技术的研究与实现-文献综述

第1页文献综述1.课题背景数字化信息使得信息的获取变得非常便捷。人们借助计算机等各种电子设备能够方便快捷的将信息传输到所希望的地方。然而数字化信息却是一把双刃剑，既能给人们带来方便快捷，也带来了负面影响。比如，在没有得到作者许可的情况下，擅自复制、传播有版权的作品等等。提起信息安全，人们马上就会联想到使用多年的密码技术。密码技术是信息安全技术领域的传统技术之一，然而密码学只能保护传输中的内容。因此，迫切需要一种替代技术或是对密码学进行补充的技术，这样，人们提出了一种新的信息隐藏的概念数字水印。数字水印技术弥补了加密-解密技术-经破译就不能再对信息进行保护的不足1。作为数字水印的一个重要分支，音频水印技术主要是利用人类听觉系统（HAS）的特性，将秘密信息嵌入到载体信息中，使其不易被察觉，并且不影响原始音频信息的正常使用和听觉效果1。2.研究目的与现状2.1.研究目的和意义随着计算机网络的快速发展，对图像、音频、视频等多媒体数字化作品的保护成为急需要解决的问题1。传统的加密方法对作品的保护作用具有局限性，一旦解密，就失去了原有的保护作用。数字音频水印是数字水印的一类，它是将一些标志性的信息以数字内嵌的方式隐藏在音频作品中，用来证明作者对作品的所有权，并作为鉴定、起诉非法侵权的证据，从而成为知识产权保护和防伪的有效手段1。本课题主要研究音频水印技术，提出一种变换域的音频水印算法，载体音频进过离散小波变换和离散余弦变换后，通过一系列的隐藏处理，将水印信息嵌入其中。并对其进行常见的信号处理，得到较好的水印算法。2.2.研究现状与存在的问题信息隐藏技术是将隐秘信息隐藏在其他媒体中，通过载体的传输，实现隐秘信息的第2页传递。信息隐藏技术与加密技术的最大区别在于信息隐藏技术的载体在外观上与普通载体是一样的，没有表明重要信息的存在4。2.2.1研究现状纵观信息隐藏技术研究发展的历程可以发现，早期的研究以各种数字水印算法的研究为主，而进入21世纪后，研究者开始侧重于数字水印和信息伪装的理论研究，可以说是百家争鸣。但到目前为止，信息隐藏学术界还无法建立起信息隐藏技术的完整理论基础，目前还没有一套系统的信息隐藏理论来阐述它在理论上的可行性和局限性。国内的研究工作也主要集中在数字水印方面，并且大多数数字水印技术仍然处于实验阶段2。2.2.2存在的主要问题音频水印技术作为数字水印技术的一个重要分支，主要涉及的域有时域、频域、离散余弦变换（DCT）域、小波（Wavelet）域、压缩域等。其中，时域的嵌入方法相对容易实现，但鲁棒性相对较差；DCT域和Wavelet域方法透明性好，鲁棒性也不错，尤其是在抵抗模/数转换（A/D）、数/模转换（D/A）攻击时有着非常优秀的表现，但其操作复杂，实现难度相对较高；压缩域水印算法一般有较好的透明性，但鲁棒性相对较差5。音频水印在许多场合取得了很好的应用效果，但面对重录音攻击，尚且没有一种很好的方法。解决这一难题的关键是精确同步信息的嵌入和鲁棒性隐藏方法的研究5。如：（1）音频信号与图像和视频相比起来，在每个时间间隔内采样的点数要少得多，所以音频信号中可嵌入的信息量就少得多6。（2）人耳听觉系统比人眼视觉系统要灵敏些，在听觉上的不可直觉性实现起来要比视觉上困难6。3.课题途径及步骤本课题是对原始音频做离散小波变换和离散余弦变换，将水印信息嵌入其中。使用Matlab进行算法的仿真与实验，对仿真结果进行比较分析，通过信噪比计算以及对设计好的算法进行攻击测试，逐步得出透明性和鲁棒性均符合预期要求的音频水印算法。课题实施主要分为：资料收集及当前研究现状分析、掌握已有方法、分析各种方法优缺点、提出自己的算法并编程、实验与仿真测试、算法优化等几个阶段。第3页4.可能遇到的问题及应变措施（1）问题：音频相关理论及研究较为薄弱，缺乏音频工程开发的实际经验拟采取措施：向导师请教，进一步熟悉目标检测、音频水印算法，掌握Matlab开发工具。（2）问题：嵌入的信息量比起图像和视频少得多拟采取措施：结合音频信息隐藏要求中对嵌入数据量的指标，根据不同用途，在某些特定的场合保证一定的嵌入量。(3)问题：人耳的听觉系统较之人眼的视觉系统灵敏一些拟采取措施：利用人类听觉系统的特性，如利用人耳的屏蔽效应实现音频水印技术。第4页参考文献1韩纪庆.音频信息处理技术M.清华大学出版社,2007:145.2雷敏.音频数字水印与隐写分析算法研究D.北京:北京邮电大学.2011.3周琨.信息隐藏技术的应用J.中山大学学报,2009,43(2):221-224.4张凤英.音频信息隐藏方法研究J.青海师范大学学报,2008,1(1):29-32.5崔慧娟.数字语音编码技术M.电子工业出版社,2013:1.6郑玉.基于整数小波变换的自适应数字音频信息隐藏J.计算机工程与应用,2010,46(23):148-151.7陈琦.基于离散余弦变换的音频信息隐藏算法J.计算机工程与应用,2007,28(22):5387-5392.8许晓娟.基于机器学