基于声学心理模型的时域音频水印算法设计.pdf

上海交通大学
硕士学位论文
基于声学心理模型的时域音频水印算法设计
姓名:胡欣
申请学位级别:硕士
专业:信号与信息处理
指导教师:胡剑凌
20061201
上海交通大学硕士学位论文摘要
基于声学心理模型的固定门限时域音频水印算法设计

摘要
随着数字化的到来,越来越多的数字媒体如数字电视,数字电影,
数字音乐已经开始代替传统的模拟媒体而登上历史舞台。同时,网络
的飞速发展和便携式存储播放设备的迅速普及又给数字媒体的传播提
供了极其便利的条件。但是,数字媒体的版权管理也给我们带来新的
挑战。数字水印技术就是一种能够较好管理数字媒体版权的技术。它
通过一定的信息隐藏算法在发行的数字媒体中植入含有版权信息的水
印信息,并且只能通过特定的版权信息检测出水印的存在。
本文介绍了当前音频数字水印技术的发展情况,总结了音频数字
水印的分类。本文讨论的是时域的音频数字水印算法。论文首先描述
了两个典型的时域音频水印方法,给出了它们具体的嵌入和检测流程。
接着,本文指出了这些算法的三个缺陷,即:没有充分利用人类听觉
系统的分段特性、没有抗同步攻击手段、检测会受到相关计算残差的
影响,并且针对这三个缺陷进行改进,提出了时域的基于声学心理模
型的固定门限水印算法(PMBTPW)。
对于原先算法没有充分利用人类听觉系统特性的缺陷,本文提出
的 PMBTPW 算法采用左右声道分别生成水印的方案,通过小波包分析
与声学心理模型相结合对当前音频信号进行分析,利用得出的各个频
段的信噪比对水印进行加权,从而充分利用人类心理听觉的分段特性。
对于原先算法没有抗同步攻击手段的缺陷,本文提出的 PMBTPW
算法在检测流程开头添加了同步检测模块,通过检测出同步偏移使得
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上海交通大学硕士学位论文摘要
待检测信号和检测用的伪随机序列达到同步来提高算法抗同步攻击的
性能。
对于原先算法检测中会受到相关计算残差影响的缺陷,在水印生
成时,设定了固定的水印有效检测门限来控制水印信号的幅度,从而
有效消除了检测中相关计算残差带来的影响。
本文随后给出了 PMBTPW 的具体嵌入和检测流程框架,并进行了
大量的数值实验。实验结果表明,在对实验中音频样本经过加噪和一
次 MP3,AAC,WMA 编解码后 PMBTPW 能达到 100%的检测成功率,
MP3 编解码加上噪声攻击后的检测率达到 96%,同时检测稳定性都得
到了提高;MOS 主观测试表明 PMBTPW 具有较好的隐秘性,达到了
算法改进的目的。

关键词:音频数字水印,固定门限,声学心理模型,小波包。
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上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
DESIGN OF PHYCHOACOUTSIC MODEL BASED TIME
DOMAIN AUDIO WATERMARK

ABSTRACT
With the emergence of digital era, more and more digital media such as
digital TV, digital movie as well as digital music have started to take the
place of the traditional analog media. In the mean time, the rapid
development work and portable digital player facilitated the
propagation of digital media. However, digital media also have brought
about tough challenge for us: the management of the digital copyright.
Digital watermark is such kind of technology utilized in the management
of the digital media copyright. It embed hidden information of copyright
into digital media through information hiding technique which can only be
detected with the help of copyright information.
In this paper, the developmen