基于数字水印的音频信号篡改的检测与恢复算法

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1、基于数字水印的音频信号篡改的检测与恢复算法TheDetectionandRecoveryoftheAudioSignalTamperingBasedonDigitalWatermark学科专业：信息与通信工程作者姓名：李硕指导教师：宋占杰教授王建讲师天津大学电气自动化与信息工程学院二零一七年十一月摘要针对音频信号在传输过程中遭到恶意篡改的情况，应用数字水印自恢复技术对其进行有效的保护。在传统的易碎水印自恢复技术中，将原始音频信号进行压缩生成参考值信息，并与检验信息一同嵌入到最低有效位中，形成水印信号。在接收端，检验信息用来定位被篡改的区域，参考值信息用来内容恢复。整个

2、过程不需要除了接收信号和秘钥以外的任何信息，因此是自恢复的。所嵌入的水印具有不可见性和易碎性。本论文基于传统的易碎水印音频信号自恢复技术，提出了多层的易碎水印自恢复算法。该方法应用排除法推导出在不同最低有效位层数的情况下，其他参数的最佳选择方案。并且通过实验验证了不同的最低有效位层数与水印的不可感知性和恢复后信号的可懂度之间的关系。随着最低有效位层数的增加，水印的不可感知性越来越差，恢复后信号的可懂度先上升后下降，在六层时达到峰值。此外，通过实验得出结论：在实际应用中，需要选择三层到六层的最低有效位来嵌入水印。该算法拓展了易碎水印音频自恢复技术在不同情况下的应用范围。

3、本论文介绍了基于离散余弦变换和压缩感知的易碎水印自恢复技术，该方法充分利用了信号经过离散余弦变换后具有较强的稀疏特性，以及稀疏重构，可以在较高的破坏率下较好地恢复信号。并且提出了该算法多层的情况。此外，本论文首次提出了基于喷泉码的数字水印音频信号自恢复技术，将喷泉码与数字水印技术有机结合，并且进行了相关参数的推导，该算法在理论上可以达到较好的恢复效果。关键词：易碎水印，音频信号，不可感知性，可懂度，最低有效位IABSTRACTTheaudiosignalsaresometimestamperedmaliciouslyviacommunicating,tosolveth

4、iscondition,thefragilewatermarkself-recoverytechniqueisusedtoprotecttheaudiosignals.Inthetraditionalfragilewatermarkself-recoveryframework,thereferenceinformationisgeneratedbycompressedoriginalaudiosignal.Thereferenceinformationandcheckinformationareembeddedintotheleastsignificantbitlay

5、ersoftheoriginalsignal;thegeneratedsignaliscalledthewatermarkedsignal.Atthereceiverend,thecheckinformationisusedtodetectthetamperedarea;thereferenceinformationisusedtocontentrecovery.Theentirerecoveryproceduredoesnotneedanyotherinformation,expectforthereceivedsignalandthesharedsecretkey

6、;sotherecoveryprocedureisself-recovery.Moreover,theembeddedwatermarkisinvisibleandfragile.Thisdissertationproposesfragilewatermarkself-recoveryalgorithmattheconditionofvarioustheleastsignificantbitlayers;theproposedalgorithmisbasedonthetraditionalone.Theproposedmethoddeducesthebestchoic

7、esofotherparameterswhentheleastsignificantbitlayerschange;theexclusivemethodisusedinthiswork.Moreover,theexperimentalresultsconfirmsthattherelationshipbetweentheleastsignificantbitlayersandtheinvisibilityofthewatermarkandtheintelligenceoftherecoveredsignal.Whenthenumberofthelea