文档介绍：数字音频水印技术
随着因特网的普及和数字化音乐制品的大量制作和发行,人们可以很方便的从互联网上下载音乐产品,但这也给非法侵权者提供了机会,致使很多侵害产权的音乐被以不同的方式发布,这样不但给音乐产业带来很大的经济损失,而且阻碍了它的发展。于是,对音频数据实施版权保护变得越来越重要,音频数字水印技术由此而生。音频数字水印技术是在原始音频数据中嵌入秘密信息——水印,但不影响原始音频的听觉质量,在音频中嵌入的秘密信息可以有很多种形式如文字、图像、作品序列号等。水印信息和原始音频数据紧密结合在一块,通常情况下音频中嵌入的水印,人们在听觉上根本察觉不到,并且还要能够有效地抵抗不法侵权行为的攻击。
研究背景
理论依据
数字水印技术是一种信息隐藏技术,其基本思想是在不影响信息可用性的前提条件下,利用人耳听觉的掩蔽效应(人耳只对最明显的声音反应敏感,而对于不敏感的声音,反应则较不为敏感。例如在声音的整个频率谱中,如果某一个频率段的声音比较强,则人就对其它频率段的声音不敏感了。应用此原理,人们发明了mp3等压缩的数字音乐格式,在这些格式的文件里,只突出记录了人耳朵较为敏感的中频段声音,而对于较高和较低的频率的声音则简略记录,从而大大压缩了所需的存储空间。),对数字产品嵌入秘密信息,用来保护数字产品的版权和证明数字产品的可靠性,以及为用户提供产品的附加信息等等。
音频数字水印技术就是在音频中添加某些数字信息来保护数字媒体的版权,证明数字产品的真实可靠性。水印信息嵌入在音频载体中,不能影响原始音频的完整性和可用性。从数字通信的角度来讲,可以把音频数字水印技术理解为用扩频等通信技术把一个窄带信号(水印)放在在一个宽带信道(载体)上传输;从信号处理的角度来讲,可以把音频数字水印技术看作是把一个作为水印信息的弱信号叠加到原始音频载体的强背景上。一个完整的数字音频水印系统包括水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测三个基本环节。
水印的嵌入和检测
水印嵌入的基本框架
水印检测的基本框架
对音频数字水印的要求
要想成功地在数字音频媒体中隐藏水印, 必须注意以下几方面的要求:
1. 对数据变换处理操作的稳健性
要求水印本身应能经受得住各种有意无意的攻击。典型的攻击有添加噪声、数据压缩、滤波、重采样、 A/D-D/A转换、统计攻击等。
2. 听觉相似性
数字水印是在音频载体对象中嵌入一定数量的掩蔽信息, 为使得第三方不易察觉这种嵌入信息, 需谨慎选择嵌入方法, 使嵌入信息前后不产生听觉可感知的变化。
3. 是否需要原始数据进行信息提取
根据数据嵌入和提取方案的不同设计, 有些方案可以不需要借助于原始数据进行信息提取, 这一性能将影响方案的用途和性能。
4. 数据提取误码率
数据提取误码率也是音频水印方案中的一个重要技术指标, 因为一方面存在来自物理空间的干扰, 另一方面信道中传输的信号会发生衰减和畸变, 再加上人为的数据变换和攻击, 都会使数据提取的误码率增加。
5. 嵌入数据量指标
根据用途的不同, 在有些应用场合中必须保证一定的嵌入数据量, 如利用音频载体进行隐蔽通信。
音频数字水印技术的应用
1. 版权保护
数字音频作品的所有者为了表明其对作品内容的所有权,采用音频数字水印技术将具有特定意义的水印嵌入到原始音频数据中,接着公开自己的音频作品。在不法分子声称自己对所公开的嵌入水印的音频作品拥有所有权时,该作品的真正所有者利用检测或提取算法,检测或提取出音频作品中嵌入的水印信息,这时就可以很有力地证明该音频作品中含有水印,同时也用来证明所有者对作品的所有权。需要注意的是,该应用要求水印具有较好的感知透明性、安全性和鲁棒性。
2. 信息标识
在该应用中,把数字作品的一些信息如标题、注释等内容以水印的形式嵌入到数字作品中。水印用来提供更多有关数字作品内容的信息,如一首歌曲的作曲者、演唱者等。这种隐式注释不需要增加额外的带宽、不影响原始作品内容,且不容易丢失。
3. 数字指纹
数字指纹通常被用于进行盗版跟踪,它可以有效地避免合法用户对数字产品进行非法的复制和传播甚至非法牟取暴利。作品的所有者将不同的水印嵌入到每个数字作品拷贝中,以此来防止不法分子非法复制和传播数字作品,这就是所谓的数字指纹。作品所有者发现没有经过授权的拷贝时,就可以借助检索指纹来追踪该拷贝的出处。
4. 广播监控
利用数字水印技术可以在广告、音乐作品等媒体中嵌入水印信息,而且嵌入的水印是不可感知的。在播放含有水印的多媒体数据时,监控设备会利用水印信息来自动监控这些媒体的相关信息如播放的时间、次数等。