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第四章
音频信息隐藏
孙丽杰 2011年11月2日
引言
• 当前的数字水印研究中,以图像水印研究 最为深入,而对于音频水印的研究相对较 少,一方面因为音频单位时间内的采样点 较少,可嵌入水印信息就要少,另一方面由 于人耳听觉系统（HAS） 较之视觉系统 （HVS）具有较宽的动态范围和较高的 灵敏度，因此相对于图像和视频的信息 隐藏而言，音频载体的信息隐藏技术更 具有挑战性。目前主要的音频信息隐藏 技术分为时域和变换域音频信息隐藏方 法两类。
判别依据
• 视觉看音频波形图 • 听觉听音差 • NC：如果在音频信号中嵌入的水印 为图像，则评价提取的水印与原始 水印的相似性，可采用归一化相关 系数（NC）作为评价标准，其定义 为：
NC
• 其中，W为原始水印， 为提取的水 印，它们的大小为
来自论文
• 目前，音频水印技术也逐渐发展起 来了，它是利用了人类听觉模型 （即HAS），运用各种技术将水印 嵌入到人耳所不能感知的位置，以 达到水印数据的隐藏。水印技术根 据水印嵌入位置的不同，可分为时 域水印算法和变换域水印算法，早 期的水印算法通过修改原音频信号 最不重要位以达到嵌入水印的目的。
回声隐藏法
• 回声隐藏法是通过引入回声来将秘 密信息嵌入到载体中。与其他方法 不同，回声隐藏法对载体音频信号 的改变，考虑的是环境条件而不是 随机噪声的特性，因而具有较强的 抵抗主动攻击的能力。但信道噪声、 任何形式的篡改都会直接影响算法 的正确提取率。
相位编码
• 相位编码则是利用HAS对人耳对绝 对相位的不敏感性及对相对相位的 敏感性，将代表秘密信息的参考相 位替换原始音频段的绝对相位，并 对其他音频段进行相应调整，以保 持各段之间的相对相位不变。
时域信息隐藏方法
• 到目前为止，公认比较成熟的时 域音频信息隐藏技术有四种：最 不重要位法、回声隐藏法、相位 编码法、扩频法。
LSB
• 最不重要位（LSB）的隐藏算法是
最早应用于音频信息隐藏领域的算 法。它的基本思想是用秘密数据替 换原始音频信号采样值的最低几个 比特位，达到隐藏的目的。LSB算 法具有计算复杂度低、可实时实现 及通用性等优点，但其抵抗攻击的 能力较弱。
• 变换域信息隐藏技术的基本思想是对载 体信号进行相关的变换后，通过修改变 换系数实现秘密信息的嵌入，优点是秘 密信息的能量可以分布到时域的所有位 置，可以结合HAS的掩蔽特性隐藏信息。 与时域隐藏算法相比，缺点是计算复杂 度较高。目前变换域隐藏算法主要集中 在DFT、DCT域中进行。最近研究发现， 来自百度文库波域隐藏算法具有良好的鲁棒性，在 经过加噪、滤波、重采样和有损压缩等 处理和攻击后仍能保持很高的可靠性， 因此变换域信息隐藏是当前的一个研究
音频格式
• 音频格式日新月异，到2008年音频 格式包括：CD格式、WAVE （*.WAV）、AIFF、AU、MP3、 MIDI、WMA、RealAudio、 VQF、OggVorbis、AAC、APE。
WAV音频
• WAV是Microsoft Windows本 身提供的音频格式，该格式通常都 保存一些没有压缩的音频。对于数 字音频，其最低比特位或者最低几 个比特位的改变，对于整个声音没 有明显的影响，因此替换掉这些不 重要的部分，可以隐藏秘密信息。
秘密信息在最低位平面和次底位 平面连续嵌入，同时嵌入到最低 位平面和次底位平面； 秘密信息在最低位平面嵌入，等 最低位平面完全潜入后，再开始 嵌入到次底位平面； 秘密信息在最低位平面随机嵌入； 实验采用的是在最低位进行替换
插入水印
• 找到LSB后，用水印信息位替换 载体的LSB（最低有效位）
WAV文件头
WAV数据块
怎样找LSB
• 根据音频格式的不同，LSB位置也 不同，wav格式LSB通常在字节的 最低位或最低几位。 • 不同音频，位置的选取也不同，比 如舒缓音乐，激昂音乐。
LSB信息隐藏替换技术
3.LSB信息隐藏替换技术可分为五种 处理情况： 秘密信息在最低位平面连续嵌入 至结束，余下部分不作任何处理； 秘密信息在最低位平面连续嵌入 至结束，余下部分随机化处理 （也称沙化处理）；
• 从网上文献中可看出，由于时域水 印算法稳健性不强，鲁棒性差，所 以近几年变换域水印算法发展很快。 常见的变换域水印算法有傅立叶变 换、离散余弦变换和离散小波变换， 这几种变换算法各有优缺点。
几种音频信息隐藏方法
• 1.依据奇偶性隐藏 • 2.区分主次时频结合隐藏 • 3.DCT+DWT
扩频法
•
扩频法的基本思想是利用扩频调制 技术将秘密信息扩展到整个可听频 谱范围内，再将扩频后的秘密信息 叠加到原始的音频信号中完成隐藏。
变换域信息隐藏方法
• 基于变换域的信息隐藏技术往往采 用类似于扩频技术来隐藏秘密信息。 这类技术一般基于常用的音频变换， 这些变换包括傅氏变换（DFT或 FFT）、离散余弦变换(DCT)、离 散小波变换（DWT）等等。
音频信息隐藏
孙丽杰 2011年11月2日
引言
• 当前的数字水印研究中,以图像水印研究 最为深入,而对于音频水印的研究相对较 少,一方面因为音频单位时间内的采样点 较少,可嵌入水印信息就要少,另一方面由 于人耳听觉系统（HAS） 较之视觉系统 （HVS）具有较宽的动态范围和较高的 灵敏度，因此相对于图像和视频的信息 隐藏而言，音频载体的信息隐藏技术更 具有挑战性。目前主要的音频信息隐藏 技术分为时域和变换域音频信息隐藏方 法两类。
判别依据
• 视觉看音频波形图 • 听觉听音差 • NC：如果在音频信号中嵌入的水印 为图像，则评价提取的水印与原始 水印的相似性，可采用归一化相关 系数（NC）作为评价标准，其定义 为：
NC
• 其中，W为原始水印， 为提取的水 印，它们的大小为
来自论文
• 目前，音频水印技术也逐渐发展起 来了，它是利用了人类听觉模型 （即HAS），运用各种技术将水印 嵌入到人耳所不能感知的位置，以 达到水印数据的隐藏。水印技术根 据水印嵌入位置的不同，可分为时 域水印算法和变换域水印算法，早 期的水印算法通过修改原音频信号 最不重要位以达到嵌入水印的目的。
回声隐藏法
• 回声隐藏法是通过引入回声来将秘 密信息嵌入到载体中。与其他方法 不同，回声隐藏法对载体音频信号 的改变，考虑的是环境条件而不是 随机噪声的特性，因而具有较强的 抵抗主动攻击的能力。但信道噪声、 任何形式的篡改都会直接影响算法 的正确提取率。
相位编码
• 相位编码则是利用HAS对人耳对绝 对相位的不敏感性及对相对相位的 敏感性，将代表秘密信息的参考相 位替换原始音频段的绝对相位，并 对其他音频段进行相应调整，以保 持各段之间的相对相位不变。
时域信息隐藏方法
• 到目前为止，公认比较成熟的时 域音频信息隐藏技术有四种：最 不重要位法、回声隐藏法、相位 编码法、扩频法。
LSB
• 最不重要位（LSB）的隐藏算法是
最早应用于音频信息隐藏领域的算 法。它的基本思想是用秘密数据替 换原始音频信号采样值的最低几个 比特位，达到隐藏的目的。LSB算 法具有计算复杂度低、可实时实现 及通用性等优点，但其抵抗攻击的 能力较弱。
• 变换域信息隐藏技术的基本思想是对载 体信号进行相关的变换后，通过修改变 换系数实现秘密信息的嵌入，优点是秘 密信息的能量可以分布到时域的所有位 置，可以结合HAS的掩蔽特性隐藏信息。 与时域隐藏算法相比，缺点是计算复杂 度较高。目前变换域隐藏算法主要集中 在DFT、DCT域中进行。最近研究发现， 来自百度文库波域隐藏算法具有良好的鲁棒性，在 经过加噪、滤波、重采样和有损压缩等 处理和攻击后仍能保持很高的可靠性， 因此变换域信息隐藏是当前的一个研究
音频格式
• 音频格式日新月异，到2008年音频 格式包括：CD格式、WAVE （*.WAV）、AIFF、AU、MP3、 MIDI、WMA、RealAudio、 VQF、OggVorbis、AAC、APE。
WAV音频
• WAV是Microsoft Windows本 身提供的音频格式，该格式通常都 保存一些没有压缩的音频。对于数 字音频，其最低比特位或者最低几 个比特位的改变，对于整个声音没 有明显的影响，因此替换掉这些不 重要的部分，可以隐藏秘密信息。
秘密信息在最低位平面和次底位 平面连续嵌入，同时嵌入到最低 位平面和次底位平面； 秘密信息在最低位平面嵌入，等 最低位平面完全潜入后，再开始 嵌入到次底位平面； 秘密信息在最低位平面随机嵌入； 实验采用的是在最低位进行替换
插入水印
• 找到LSB后，用水印信息位替换 载体的LSB（最低有效位）
WAV文件头
WAV数据块
怎样找LSB
• 根据音频格式的不同，LSB位置也 不同，wav格式LSB通常在字节的 最低位或最低几位。 • 不同音频，位置的选取也不同，比 如舒缓音乐，激昂音乐。
LSB信息隐藏替换技术
3.LSB信息隐藏替换技术可分为五种 处理情况： 秘密信息在最低位平面连续嵌入 至结束，余下部分不作任何处理； 秘密信息在最低位平面连续嵌入 至结束，余下部分随机化处理 （也称沙化处理）；
• 从网上文献中可看出，由于时域水 印算法稳健性不强，鲁棒性差，所 以近几年变换域水印算法发展很快。 常见的变换域水印算法有傅立叶变 换、离散余弦变换和离散小波变换， 这几种变换算法各有优缺点。
几种音频信息隐藏方法
• 1.依据奇偶性隐藏 • 2.区分主次时频结合隐藏 • 3.DCT+DWT
扩频法
•
扩频法的基本思想是利用扩频调制 技术将秘密信息扩展到整个可听频 谱范围内，再将扩频后的秘密信息 叠加到原始的音频信号中完成隐藏。
变换域信息隐藏方法
• 基于变换域的信息隐藏技术往往采 用类似于扩频技术来隐藏秘密信息。 这类技术一般基于常用的音频变换， 这些变换包括傅氏变换（DFT或 FFT）、离散余弦变换(DCT)、离 散小波变换（DWT）等等。