毕业设计（论文）-音频水印技术研究

1、大庆石油学院本科生毕业设计（论文）摘 要随着全球信息化程度的提高和电子商务逐渐走向实用，对知识产权保护的要求迫在眉睫，数字水印技术正是在这种背景下提出的。近年来，数字水印技术得到了较大的发展，并且基于DWT的水印技术是目前研究的热点。本课题主要针对基于DWT的音频数字水印算法进行研究，在简要介绍本课题研究背景与本课题的国内外研究动态的基础上，随后介绍了数字水印技术的应用、特点和攻击方法，音频水印的特点、计算方法、应用前景和基于DCT的音频水印算法。最后，本文在Matlab中对基于DWT的数字音频水印的嵌入、提取与攻击进行了实验。实验数据表明，这种算法，水印检测后，能准确提取出嵌入的水印并且人耳不容易察觉，具有很强的鲁棒性，并且水印具有良好的可检测性。关键词：DCT；DWT；水印；音频；Matlab 全套设计加扣3012250582IAbstractWith the global informationizing and e-commerce boosting, the requirement of the copyright protection becomes more and mo

2、re urgent. Under this condition, the digital watermark technique is put forward. Digital watermarking techniques have greatly developed in recent years. And watermarking techniques based on DWT (Discrete Wavelet Transform) has become a heated issue in the academic research of the field. This paper mainly proposed the DWT-based audio digital watermarking algorithm, in briefly introduced the background research and domestic and foreign research dynamic of the subject. Afterwards this paper introdu

3、ced the application, the characteristic and the attack method of digital watermarking technology, the characteristic, the algorithm and the application prospects of audio watermarking and the DCT-based audio watermarking algorithm. Finally, the algorithm on embedding, extracting and attack of digital audio watermarking based on DWT is implemented on Matlab platform. The simulation experimental results show that the algorithm can accurately extract the embedded watermark after the test of waterma

4、rk and it is not easy to detect by human ear. Besides, the watermark has a good detectability and strong robustness.Key words：DCT；DWT；Watermarking；Audio；Matlab目 录第1章 绪论11.1 本课题研究背景与意义11.2 本课题的国内外研究现状21.3 本课题的主要内容31.4 本章小结3第2章 数字水印技术42.1 数字水印的概念42.2 数字水印的分类52.3 数字水印的特征52.4 数字水印的攻击72.5 本章小结7第3章 音频水印技术83.1 数字音频水印的原理及通用的模型83.2 数字音频水印系统的基本要求93.3 数字音频水印的评价标准103.4 本章小结11第4章 基于DCT的音频水印技术124.1 基于DCT的音频水印算法124.2 水印的嵌入及提取134.3 本章小结14第5章 基于DWT的音频水印技术155.1 基于DWT的音频水印算法155.2 攻击手段175.3 仿真实验185.4 本章小结21结 论22参考文

5、献23致 谢24第1章 绪论数字水印（digital watermarking)是在开放的网络环境中开发的信息安全技术领域的新方向，优于密码学中的密码加密技术和置乱技术等传统信息安全技术，更有效地保护了数字产品在网络上合法而广泛快速地传播和交流1。1.1 本课题研究背景与意义近年来，随着计算机网络和多媒体技术的迅速发展，人们在方便地获取信息和交流信息的同时，还需要能安全地存储和传输信息，防止非法用户和制造商进行非法复制和盗版，因此如何对数字化信息进行保护，有效地进行知识产权保护面临严峻的问题。多媒体信息安全中传统的加解密系统并不能很好地解决版权保护问题。虽然经过加密后只有被授权持有解密密钥的人才可以存取数据，但是这样就无法向更多的人展示自己的作品；而且数据一旦被解密，就完全置于解密人的控制之下，可以随意地拷贝和传播，在一定程度上制约着数字多媒体的广泛应用。数字水印技术是将具有确定性和保密性的信息有意识地嵌入到数字作品中，并作为原始数据的一部分而保留在其中，而且不影响原始数字作品的使用价值。即使在数字作品受到破坏或解密之后仍可用它来跟踪数据的复制和传输，用以证明数字作品的所有权，从而达到

6、对数字作品的有效保护2。数字音频水印技术就是基于数字音频作品的版权保护而提出来的。随着音频素材在互联网上的指数增加，数字音频水印技术有着广泛的应用前景。一方面，可以用音频水印技术实现数字音频作品版权的保护和认证。这是水印技术最主要的应用。它的目的是通过嵌入数据的来源信息以及比较有代表性的版权所有者信息，从而防止其它团体对该数据宣称拥有版权。这样水印就可以用来公正地解决所有权问题；另一方面可以用于音频作品的盗版跟踪，它的目的是传输合法接收者的信息而不是数据来源者的信息，主要用来识别数据的单个发行拷贝。这一类应用在发行的每个拷贝中嵌入不同的水印，通常称之为“数字指纹”；还可以用于拷贝保护，这就要求在音频作品发行体系中存在一个拷贝保机制，即它不允许未授权的媒体拷贝。在开放系统中很难实现拷贝保护，然而在封闭或私有系统中，可以用水印来说明数据的拷贝情况，因此拷贝保护是可行的另外，在广播领域中可以用水印技术执行自动的任务，比如广播站或节目类型的标识、广告效果的统计分析、广播覆盖范围的分析研究等；在国防和军事领域中可以用于隐蔽通信，以实现秘密信息的传递。因此，对数字音频水印处理算法的研究，不仅具有现

7、实的学术意义，而且具有长远的经济效益和社会效益3。 1.2 本课题的国内外研究现状1990年发表了第一篇关于图像水印的文章，1959年以后，数字水印技术获得了广泛关注且得到了较快的发展。信息隐藏技术的理论和算法研究已引起了众多知名研究机构如麻省理工学院的多媒体实验室、剑桥大学的多媒体实验室、IBM数字实验室NEC、SONY、PHILIPS微软等，都在加速对数字水印技术的研制和完善。近年来，该领域研究的发展速度非常快，有些公司已推出了一些数字水印软件产品，如美国划Adobesystems公司在图像编辑软件Adobephotoshop40中，就按标准安装了数字水印软件。另外，在具体应用方面也非常具有活力，新出现的视频压缩标准MPEG4（ISO IEC 14496）中提供了一个易于将密码和数字水印结合起来的体制；DVD工业标准将包含拷贝控制和版权保护，该机制利用数字水印来表明多媒体数据的可拷贝状况，比如“二次拷贝”或“禁止拷贝”等标记。同时还有一些其他公司也相继推出了在数字化图像、音频和视频作品中嵌人鲁棒水印以进行版权保护的软件产品，如Bluespike公司的“Giovanni数字水印系统”

8、，Gognic公司的“AudiokeyMP3水印系统”，Signum Technologies公司的“Suresign水印”等等4。第一届信息隐藏学术讨论会(CIHW)于1996年召开，这次会议把数字水印作为它的主要议题之一。摄影光学仪器工程师学会从1999年开始举办专门的“多媒体内容的安全和水印”讨论会。另外，大约在此同时，一些组织开始考虑包含不同标准的水印技术。拷贝保护技术工作组(CPTWG)出于保护DVD碟中视频的目的测试了水印系统。安全数字音乐主创(SDMI)将水印做成他们的音乐保护系统的核心技术。欧盟赞助的“欢呼(Vlav)”和“护身符(Talisman)”两个计划对用于广播监控的水印进行了测试。国际标准化组织(ISO)则对该技术用于高级MPEG标准设计的情况很感兴趣。目前，从了解的情况和国内有关数字水印方面的文献来看，国内对音频水印算法的研究起步较晚，但已引起了人们极大的研究兴趣。一些单位如哈尔滨工业大学、北京邮电大学、华中科技大学等的一大批科研人员，正在从事音频水印算法的研究，取得了一定的成果。另外，我国科研人员也十分注重学术交流。1999年，在北京电子技术应用研究所举行

9、了第一次学术会议，参加会议的有何德全、周仲义、蔡吉人三位院士，还有来自全国许多高等院校和研究所的专家。2000年1月，863计划智能计算机系统专家组在北京主持召开了“数字水印技术研讨会”。2000年6月，全国第二届信息隐藏学术研讨会(CIHW2000)在北京举行，参加研讨会的学者来自全国各地从事信息隐藏技术研究的二十四个高等院校或科研机构。2001年9月，全国第三届信息隐藏学术研讨会(CIHW2001)在古城西安举行，参加会议的专家和学者66人，这次会议的一个重要成果是对目前该领域的一些术语进行了规范。与此不久。与2004年，成都宇飞信息工程有限责任公司率先开发出国内外第一个印刷打印数字水印软件，并在信息安全、防伪、版权保护、电子政务等领域投人了商业化应用。该项目的实施标志着我国数字水印技术的研究己经进人了商业化、产业化发展的阶段，这些会议的举行以及取得的成果，给大家提供了交流的机会和展示成果的舞台，大家能互相交流在数字水印技术研究方面取得的心得和体会，必将大大促进我国数字水印技术研究的发展。近年来音频信息隐藏技术的研究工作发展速度很快，尤其在变换域音频信息的数据嵌入技术，由于其能将信息嵌入到载体的敏感区域，使得研究更具有实用性。但是目前更多的文献是讨论如何设计数字水印方案或如何攻击数字水印，各种方案或产品还都有着这样或那样的问题，尚缺乏有关数字水印的理论。如今还有许多未触及的研究课题，现有技术也需要改进和提高。但总的来说，由于数字水印的研究要以计算机科学、生理学、密码学、通信理论、算法设计和信号处理等领域的思想和概念为基础，一个数字水印方案一般总是综合利用这些领域的最新进展，但也无法避免这些领域固有的一些缺点。并且，数字水印的多学科性导致数字水印技术研究的难度和复杂性。从理论和实际成果两方面来看，国内在数字水印方面的研究工作还处于刚起步阶段。可以说数字水印技术

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