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111EquationChapter1Section1最小能量谐波相位偏转的音频水印算法摘要：提出一种基于DCT变换的最小能量谐波相位偏转的音频盲水印新算法，该算法依据DCT系数符号的鲁棒性，通过改变最小能量谐波符号来实现水印信息的嵌入。为控制水印信息嵌入时对音频幅值的修改量，引入品质因子这一性能指标，防止音频数据因水印的嵌入发生破坏性的改变。实验表明，本文方法不仅具备非常好的不可感知性，而且对于压缩类攻击具有较强鲁棒性。关键词音频水印；DCT变换；最小能量谐波；符号；品质因子AnaudiowatermarkingalgorithmbasedonminimumenergyharmonicphasedeflectionAbstract:ThispaperpresentsablindaudiowatermarkingalgorithmbasedonminimumenergyharmonicphasedeflectioninDCTdomain.AccordingtotherobustnessofDCTcoefficientsymbol,thealgorithmembedswatermarkinformationbychangingtheminimumenergyharmonicsymbol.Inordertocontroltheembeddingofthewatermarkinformationontheaudioamplitudemodifier,theperformanceindexofthequalityfactorisintroduced,topreventtheaudiodatadestructivechangesoccurredwatermarkembedding.Experimentalresultsshowthatthemethodnotonlyhasgoodimperceptibility,butalsohasstrongrobustnessforcompressionattack.Keywords:audiowatermarking;DiscreteCosineTransform;minimumenergyharmonic;symbol;qualityfactor1引言随着Internet的迅速发展和日益普及，使得数字多媒体信息的广泛传播变得非常容易。如何既充分利用互联网的便利，又能有效的保护知识产权，成为急需解决的问题[1][2]。数字水印技术是把数据嵌入到多媒体文件中，以保护所有者对多媒体所拥有的版权。作为传统密码学方法的有效补充手段，数字水印技术在近年来取得了很大的进展[3]。音频水印算法一般采用的是相位编码[4]、回声隐藏[5][6]、扩频水印[7]-[9]等。变换域水印因其较好的鲁棒性而被广泛采用，在变换域水印嵌入算法中，文献[7]提出了一种多媒体的扩频水印算法，文中谈到3个嵌入水印的公式，其中最为重要的一个是。式中，为水印嵌入前的系数，为水印嵌入后的系数，为嵌入强度，为水印信息。通过修改的值嵌入水印。此后，许多有关水印算法的研究工作都用到了这一公式[10]，但水印提取过程中需要以保存作为先决条件。文献[11]提出的量化数字音频信号频域参数的水印嵌入算法，通过量化离散傅里叶变换系数的幅度或相位嵌入水印。这种算法巧妙地解决了水印提取过程中的需要原始音频文件参与的问题，是真正的盲水印算法。量化算法中，步长的选取极其重要。步长值越大，嵌入水印的鲁棒性就越好；但是步长取得过大，则会使含水印的音频信号失真严重。文献[12]提出了一种可抵抗MP3压缩的音频水印算法，该算法是一种自适应混合域算法，利用离散小波变换的多分辨率特性和离散余弦变换的能量压缩特性，改善了数字水印的隐藏效果，结合听觉掩蔽特性自适应确定量化步长，提高了数字水印的不可感知性。目前，绝大多数研究工作依然采用基于或量化的水印嵌入方法，从本质上来讲，这两种方法都是通过修改频域系数来实现水印信息的嵌入。本文提出的基于DCT变换的最小能量谐波相位偏转的音频水印算法，依据音频数据压缩前后，DCT系数的符号具有很好的鲁棒性这一主要特征，从全新的角度探讨水印的嵌入方法。2DCT系数符号与最小谐波系数位置鲁棒性分析音频数据在压缩转码时的一个重要步骤为频域中系数的量化处理（低通滤波）。频谱系数经量化处理后，系数数值发生改变，但数值较大系数的符号不易改变。解码时，经反量化处理后，频谱系数与原始频谱系数有较大误差，这为以量化为基础的水印嵌入算法带来实际困难。图1为对某一音频文件压缩转码前后（wav→MP3→wav）的两组音频数据（wav：码率1411kbs,采样率44100Hz；MP3：码率128kbs；采样率44100Hz），在音频的4000个连续时段（8点为一个时段），分别取音频时域信号幅值的绝对值，经DCT变换后，8个频谱系数绝对值的平均相对误差分布图。图2为频谱系数变号的概率分布图。由图1可见，除了第一个直流分量系数转码前后变换较小之外，其余系数转码前后变化...