音频数字水印在版权保护中的应用

Ｅｌｅｔｍｅｎｔ ｒｏｏｔ ＝ ｄｏｃ．ｇｅｔＲｏｏｔＥｌｅｍｅｎｔ（）；
ｉｎｔ ｉ ＝ １；
ｗｈｉｌｅ （ｒｓ．ｎｅｘｔ（）） ｛
／＊＊
＊ 每一行记录包括行号和列名
＊ 用循环的方法依次取数据表中的列
＊／
Ｅｌｅｍｅｎｔ ｒｏｗ ＝ ｎｅｗ Ｅｌｅｍｅｎｔ（＂ｒｏｗ＂）；
ｒｏｗ．ａｄｄＡｔｔｒｉｂｕｔｅ（＂ｒｏｗ－ ｎｕｍｂｅｒ＂， Ｓｔｒｉｎｇ．ｖａｌｕｅＯｆ（ｉ））；
法— —— 基 于 信 噪 比 确 定 伸 缩 因 子 α的 自 适 应 加 性 音 频 水 印 算 法 。
关键字：音频； 数字水印； 版权保护； 离散小波变换； 小波变换
中 图 分 类 号 ： Ｔ Ｐ ３９１．４
文献标识码：Ｂ
Ａｂｓｔｒ ａｃｔ：Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ， ａｐｐｌｉｃａｔｉｎｇ ｔｈｅ ａｕｄｉｏ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｔｏ ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ，Ｉｔ ｃａｎ ｅｍｂｅｄ ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｔｈｅ
ｆｏｒ （ｉｎｔ ｊ ＝ １； ｊ ＜＝ ｒｓｍｄ．ｇｅｔＣｏｌｕｍｎＣｏｕｎｔ（）； ｊ＋＋） ｛
Ｅｌｅｍｅｎｔ ｃｏｌｕｍｎ ＝ ｎｅｗ Ｅｌｅｍｅｎｔ（＂ｃｏｌｕｍｎ＂）；
ｃｏｌｕｍｎ．ａｄｄＡｔｔｒｉｂｕｔｅ （＂ ｃｏｌｕｍｎ － ｎａｍｅ＂ ， ｒｓｍｄ．ｇｅｔＣｏｌｕｍｎ－
－ ７０－ ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
《现场总线技术应用 ２００ 例》
信息安全
中 文 核 心 期 刊 《微 计 算 机 信 息 》（ 管 控 一 体 化 ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 ６－３ 期
ＲｅｓｕｌｔＭｅｔａＤａｔａ ｒｓｍｄ ＝ ｒｓ．ｇｅｔＭｅｔａＤａｔａ（）；
…
Ｄｏｃｕｍｅｎｔ ｄｏｃ ＝ ｎｅｗ Ｄｏｃｕｍｅｎｔ（“Ｒｅｓｕｌｔ”）；
您的论文得到两院院士关注 文章编号：１００８－ ０５７０（２００７）０６－ ３－ ００６９－ ０２
信息安全
音频数字水印在版权保护中的应用
Ａｐ ｐ ｌｉｃａ ｔｉｏ ｎ ｏ ｎ Ｃｏ ｐ ｙｒｉｇ ｈ ｔ Ｐｒｏ ｔｅ ｃｔｉｏ ｎ ｏ ｆ Ａｕ ｄ ｉｏ Ｄｉｇ ｉｔａ ｌ Ｗａ ｔｅ ｒｍ ａ ｒｋｉｎ ｇ
技
为了消除一维序列 Ｖ 中邻近元素的相关性， 提高水印稳健
性， 本算法采用线性反馈移位寄存器生成的伪随机序列对水印
术 序列 Ｖ 进行伪随机排序。
（３）
创 通过排序， 序列 Ｖ 中的第 ｋ＇ 个元素移动到第 ｋ 个元素的位置上。
新
３．２ 水印的嵌入 我们采取基于信噪比的离散小波变换音频水印嵌入算法，
其原理框图如图 ３ 所示：
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － ６９ －
信息安全
中 文 核 心 期 刊 《微 计 算 机 信 息 》（ 管 控 一 体 化 ）２００７ 年 第 ２３ 卷 第 ６－３ 期
３ 数字水印技术
３．１ 水印的生成 在研究水印嵌入时， 我们采用了视觉可辨的二值图像作为 版权认证的依据， 即图像水印。这里， 我们用图 ２ 作为水印图像 Ｗ， 其大小为 Ｍ１×Ｍ２， Ｍ１＝Ｍ２， Ｍ１＝Ｍ２＝６４ 它可以表示为：
Ｗ｛（ｗｉ，ｊ），０≤ｉ＜Ｍ１，０≤ｊ＜Ｍ２ ， （１） 其中 ｗ（ｉ，ｊ） ∈｛０， １｝。
（１） 二值图像降维
由 于 要 保 护 的 载 体 是 一 维 的 音 频 信 号 。为 了 将 二 维 的 二 值
图像嵌入其中， 需要对二值图像进行降维处理， 把二维图像转
化为一维序列：
（２）
（２） 一维序列伪随机排序
（１） 加 密 ： 采 用 一 定 的 数 学 模 型 ， 对 原 始 信 息 进 行 重 新 加 工， 使用者必须提供密码， 才能提取到正确的原始信息。软件通 常用加密手段来保护。（２） 版权保护技术： 有很多技术手段可以 用 来 保 护 作 品 不 接 受 未 授 权 的 访 问 和 使 用 。版 权 保 护 技 术 首 先 将作品可以合法使用的条款和场所进行编码， 嵌入到文件中， 只用当条件满足， 作品才可以被允许使用。通常， 被嵌入的信息 包括版权管理信息 ＲＭＤ， 如作者、标题、版权和密钥链接。密钥 用来对作品进行解密。用户需要授权证书才能访问密钥， 授权 证书决定了用户的权限。密钥通常与用户计算机的特征有关， 这 样 防 止 密 钥 使 用 在 其 他 计 算 机 上 ， 这 个 技 术 有 时 被 称 为 “节 点锁定”。（３） 数字水印和签名： 数字水印是把作者、发行商信息 和使用条款嵌入到数据中， 只有当数据严重破坏时， 才有可能 被抹去。即使数据质量降低， 只要水印有效， 它就可以被识别出 来， 以确定版权归属。
本算法通过给定语音信号质量阈值 ＲＳＮＲ， 自动调 节 信噪 比 来 确定 每 段 语音 信 号 上的 水 印 嵌 入 强 度 α， 实 现 了 水 印 嵌 入 的 自适应性。ＲＳＮＲαα越大， α越小， 嵌入水印的能量越小， 水 印 的 不 可感知性越强； 反之， 水印的稳健性越强， 因而要选择适当的阈 值 ＲＳＮＲ。
ｗ与 ｗ＊ 分别为原始水 印和 检 测 出的 水 印 。ρ（ ｗ＊， ｗ）越接 近 １， 则 ｗ＊ 与 ｗ 的 相 关 程 度 越 高 ； ρ（ｗ＊， ｗ）越 接 近 ０， 则 ｗ＊ 与 ｗ 的 相关程度越低。
３．５ 仿真实验 本 实 验 分 别 采 用 了 一 段 采 样 频 率 为 ２２．０５ｋＨｚ， 分 辨 率 为 ８ｂｉｔ， ２ 秒 长 的 单 声 道 话 音 和 流 行 音 乐 及 古 典 音 乐 进 行 实 验 ， 语 音波形如图 ５、７、９ 所示。考虑到算法的复杂性， 取 Ｄａｕｂｅｃｈｉｅｓ－ ４ 小波基对该语音信号进行 ３ 级小波分解。水印采用如图 １ 所 示的 ６４×６４ 的 二 值图 像 。首 先将 二 值 图像 降 维 ， 再进 行 伪 随 机 排序。嵌入水印的过程中， 求伸缩因子时 α， 取语音信号质量阈 值 ＲＳＮＲ 为 ３０。嵌入水印后的语音波形如图 ６、８、１０ 所示， 通过听 觉感知， 原始语音和嵌入水印后的语音并没有明显的区别， 从 波形图也可以看出。 为了测试本算法嵌入的水印稳健性， 实验分别对三种嵌入 水印后的语音信号进行了各种攻击， 包括：重采样、低 通 滤 波、剪 切 、噪 声干 扰 及 去噪 等 操 作。对 受 到 攻击 的 语 音信 号 进 行 水 印 提取， 并计算提取的水印与原始水印的相关性。未经过任何处 理， 提取出的水印归一化相关系数为 １。 图 １１ 是 分 别从 未 经 过攻 击 和 经过 以 上 攻击 后 的 含 有 水 印 的音频信号中提取出的水印图像， 和原始水印图像比较起来， 图 像 内 容 清 晰 可 见 。计 算 三 种 语 音 信 号 嵌 入 水 印 后 的 信 噪 比 及 攻击后提取的水印与原始水印的相关系数， 归一化相关系数达 到了 ０．９５ 以上。
ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＮＲ ．
技
Байду номын сангаас
Ｋｅｙ ｗｏｒ ｄｓ：Ａｕｄｉｏ； Ｄｉｇｉｔａｌ Ｗａｔｅｒ ｍａｒ ｋｉｎｇ； ｃｏｐｙｒ ｉｇｈｔ ｐｒ ｏｔｅｃｔｉｏｎ ； ＤＷＴ； Ｗａｖｅｌｅｔ Ｔｒ ａｎｓｆｏｒ ｍａｔｉｏｎ
术
１ 引言
当今世界， 随着信息技术的不断更新和发展， 各种传统的 出版 物 ， 不 论是 文 本 、音乐 、视 频 还是 图 片 都使 用 了 网络 这 一 媒 介， 通过数字化和网络化， 来扩展这类产品的传播范围， 加快传 播的速度。网络和多媒体成为人们获取和享受资讯的重要途 径。当信息是以物理媒介为载体的方式保存和传输时， 购买一 份新 的 被 授予 版 权 的物 理 媒 介比 自 行 复制 还 要 便宜 、省 时 、高 质 量 。所 以 版 权 问 题 并 不 是 十 分 突 出 。随 着 计 算 机 和 网 络 应 用 的普及， 盗版成了件很严重的问题。网上流行的 ＭＰ３ 音乐的格 式 使 得 制 作 、分 发 与 共 享 压 缩 音 乐 文 件 变 得 很 容 易 ， 而 音 质 效 果与 ＣＤ 也很相近。在互联网如此普遍的今天， 无论是大的媒体 公司还是个人作者， 现在都可以方便和快速的将他们的内容放 到互联网上和大家分享， 因此越来越多的高品质的数字媒体文 件 开 始 在 互 联 网 上 进 行 发 布 和 流 传 。正 规 的 获 取 媒 体 文 件 的 方 式是下载后获取相应的授权， 可是越来越多的未经授权的媒体 文件的出现， 极大的伤害到了版权所有人的利益， 这些文件有 着和正版内容一样的质量， 而且非常容易传播和分发。因此版 权 保 护 问 题 成 了 一 个 非 常 令 人 关 注 的 问 题 。现 有 的 一 些 先 进 技 术已被用于防止非法盗版， 例如密码技术， 但仅靠密码技术并 不能完全解决这一问题， 因为密钥加密只能在数据的传输过程 中对数据进行保护， 一旦数据被接收并进行解密后， 产品将不 再受到保护。为了解决这一难题， 近几年国际上提出了一种新 的 有 效 的 数 字 信 息 产 品 版 权 保 护 和 数 据 安 全 维 护 的 技 术— —— 数字水印技术。
２ 数字版权 管理（ＤＲＭ ）技术 概述
ＤＲＭ 技术 的 功能 结 构 如图 １ 所 示 ， 包括 知 识 产 权（ＩＰ：Ｉｎｔｅｌ－ ｌｅｃｔｕａｌ Ｐｒｏｐｅｒｔｙ）资产创建、ＩＰ 资产管理、ＩＰ 资产使用三个模块。
２．１ 安全和版权保护
于晓敏： 副教授 研究生
创
新
在 ＤＲＭ 系 统 的实 现 方 案中 ， 采 用 了许 多 技 术用 来 避 免 知 识产权被侵犯。每种手段都有自己的优缺点。采用什么方案， 需 要综 合 考虑 其 优 缺点 、维 护 成本 、被 保 护作 品 的 重要 性 、作 品 被 侵 权 的 可 能 性 和 打 算 投 入 的 资 金 量 。没 有 一 个 技 术 系 统 是 完 全 安全的， ＤＲＭ 为版权作品提供了相对高水平的安全保护。最普 遍的保护技术是加密和数字水印。
（齐齐哈尔大学）于 晓 敏
ＹＵ ＸＩＡＯＭＩＮ
摘要：本 文 将 数 字 水 印 技 术 应 用 于 数 字 产 品 的 版 权 保 护 中 ， 可 以 在 ＭＰ３ 、ＣＤ 等 作 品 中 嵌 入 水 印 ， 在 人 耳 不 能 察 觉 的 情 况 下 达
到版权保护的目的， 并提出基于离散小波变换的音频数字水印方案和一种基于小波变换的音频数字水印的隐藏和检测算
３．３ 水印的提取 基于信噪比的离散小波变换音频水印算法提取水印的原 理框图如图 ４ 所示：
３．４ 水印检测 为了验证提取出的水印与原水印的相似性， 本算法采用了 归一化相关系数来定量地衡量二者的差别。
（４）
３ 结束语
本文提出基于离散小波变换的音频数字水印方案和相应 的 水 印 生 成 、水 印 嵌 入 和 水 印 提 取 的 算 法 ， 从 实 验 结 果 可 以 看 出， 语音信号在嵌入水印前后从波形上没有明显差异， 不会影 响听觉效果。同时， 用多种攻击方法攻击后水印都清晰可见， 结 果表明该方法的鲁棒性较好。
ｐｒｏｄｕｃｔ． Ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈｅ ｐｕｒｐｏｓｅ ｏｆ ｃｏｐｙｒｉｇｈｔ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｒｉｎｇ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｐｒｏｊｅｃｔ ａｎｄ ｈｉｄｉｎｇ ａｎｄ ｄｅｔｅｃｔｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｏｆ ａｕｄｉｏ
ｄｉｇｉｔａｌ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＤＷＴ— —— ｔｈｅ ｓｅｌｆ － ａｄａｐｔｉｎｇ ａｄｄｉｔｉｖｉｔｙ ａｕｄｉｏ ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ ｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇ ｆｌｅｘ ｇｅｎｅ α
本文作者创新点在于采用基于信噪比的自适应音频水印 算法， 可以根据信噪比自动调整水印嵌入强度， 鲁棒性很好； 同 时， 在声音制品中加入图像水印实现版权保护也是一创新。 参考文献 ［１］ 吴振纲，陈虎．ＰＬＣ 的人机接口与编程 ［Ｊ］微计算机信息， ２００５，８－ １：２１－ ２３。 ［２］余燕忠，王新伟． ＤＣＴ 域水印算法的稳健性分析．２００３，２９（３）： ８１－ ８３。 （下转第 ７８ 页）