基于混沌加密的小波域音频水印算法

电子测量技　术　ＴＥＩＣＨＮ０１　０ＧＹ　第３Ｏ卷第１期　

２００７年１２月　

基于混沌加密和小波包分解的数字水印算法　

付　炜　孙新凤　成利敏２　

（１．燕山大学信息学院通信与电子工程系秦皇岛０６６００４；２．河北工业大学信息工程学院天津３００１３０）　

摘要：提出了一种基于混沌加密和小波包分解的自适应数字水印嵌入算法。该算法首先利用混沌序列对水印图像　

进行预处理加密，使水印嵌入方案具有一定的安全性。然后根据信息熵选取最优小波包基，对宿主图像进行小波包分　解变换。利用不同频域可以承受的信噪比不同的原理，在低频区域引人人类视觉系统，高频区域采用适当的阈值，分　别计算出各频域的水印嵌入强度系数，自适应地嵌入水印信息。实验表明此算法使水印的嵌入达到了很好的抗攻击　

鲁棒性和视觉效果。　关ｔ词：图像处理；数字水印；混沌；小波包；人类视觉系统　

中圈分类号：ＴＮｇ１９．８　文献标识码：Ａ　

Ｄｉｇｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｈａｏｔｉｃ　

ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｐａｃｋｅｔｓ　

ＦｕＷｅｉ　ＳｕｎＸｉｒｆｆｅｎｇ　ＣｈｅｎｇＬｉｍｉｎ　（１．Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ＆Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｙａｎｓｈａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｚｔｙ，　

Ｑｉｎｈｕ￣ｚｄａｏ　０６６００４；２．Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３ＯＯ１３Ｏ）　

Ａｌ，ｓ臼叠吐：ＴＩＩｉＳ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ａｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｆ　ｓｅｌｆ－ａｄａｐｔｉｖｅ　ｄｉｇＪｉｔａｌ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｃｈａｏｔｉｃ　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｗａｖｅｌｅｔ　

第２７卷第３期　２０１０年３月　计算机应用研究　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ　Ｖｏｌ｜２７　Ｎｏ．３　Ｍａｒ．２０１０　

基于能量比的小波域音频水印算法术　

暴晋飞，柏森，朱桂斌，柏玉保　

（重庆通信学院，重庆４０００３５）　

摘要：利用人耳听觉掩蔽特性，采用小波变换和幅度调制的方式，实现了一种新的复杂度低、鲁棒性强的音频　

水印算法。该算法通过计算音频在不同分帧长度下攻击前、后的平均能量比，选择最佳的分帧长度，通过调制音　

频低频系数的幅度值来改变每帧音频信号的能量比，从而达到嵌入水印的目的。实验结果表明，该算法具有很　

好的不可感知性，且能够抵抗诸如低通滤波、加噪、重采样、回声、Ａ　率转换、ＭＰ３压缩及各种去同步攻击。　

关键词：音频水印；小波变换；能量比；去同步攻击　

中图分类号：ＴＰ３９１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００１—３６９５（２０１０）０３—１０３５—０４　

ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１—３６９５．２０１０．０３．０６３　

Ａｕｄｉｏ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒａｔｉｏ　ｉｎ　ＤＷＴ　ｄｏｍａｉｎ　

ＢＡＯ　Ｊｉｎ—ｆｅｉ，ＢＡＩ　Ｓｅｎ，ＺＨＵ　Ｇｕｉ—ｂｉｎ，ＢＡＩ　Ｙｕ—ｂａｏ　（Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ　４０００３５，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＤＷＴ　ａｎｄ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ，ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｕｄｉｔｏｒｙ　ｍａｓｋｉｎｇ　ｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ａ　ｎｏｖｅｌ　ａｕｄｉｏ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｗｉｔｈ　ｌｏｗ　ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ　ａｎｄ　ｈｉｇｈ　ｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓ．Ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ　ｔｈｅ　ａｖｅｒａｇｅ　ｐｅｒ－ｆｒａｍｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒａｔｉｏ　ｏｆ　ａｕｄｉｏ　ｉｎ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｆｌａｍｅ　ｌｅｎ￣ｈ　ｂｅ￣ｒｅ　ｏｒ　ａｆｔｅｒ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ａｔｔａｃｋｓ，ａｎｄ　ｃｈｏｓｅ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｆｒａｍｅ—ｌｅｎｇｔｈ．Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｅｍｂｅｄ　ｔｈｅ　ｓｅｃｒｅｔ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ｃｈａｎｇｅｄ　ｔｈｅ　ｐｅｒ—ｆｌａｍｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｒａｔｉｏ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｏｆ　ｍｏｄｕｌａｔｅ　ｔｈｅ　ａｍｐｌｉｔｕｄｅ　ｏｆ　ｌｏｗ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｅｄ　ａｕｄｉｏ　ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｉｍｐｅｒｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｓ　ｒｏｂｕｓｔ　ａｇａｉｎｓｔ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　ａｔｔａｃｋｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｌｏｗ—ｐａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，ｎｏｉｓｅ　ａｄｄｉｎｇ，ｒｅｓａｍｐｌｉｎｇ，ｅｃｈｏ，ａ／ｇ　ｌａｗ　ｃｏｎｖｅｒｓｉｏｎ，ＭＰ３　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ．Ｉｔ　ａｌｓｏ　ｃａｎ　ｒｅｓｉｓｔ　ｔｈｅ　ａｔｔａｃｋｓ　ｏｆ　ｄｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｕｄｉｏ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ；ＤＷＴ；ｐｏｗｅｒ　ｒａｔｉｏ；ｄｅｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ　ａｔｔａｃｋ　

第１５卷第４期　２０１０年８月　哈尔滨理工大学学报　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＨＡＲＢＩＮ　ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ　ＯＦ　ＳＣＩＥＮＣＥ　ＡＮＤ　ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　Ｖ０１．１５　Ｎｏ．４　Ａｕｇ．２０１０　

基于小波域的鲁棒音频数字水印算法　

林克正，　钟　媛，　范　波　

（哈尔滨理工大学计算机科学与技术学院，黑龙江哈尔滨１５００８０）　

摘要：为有效保护音频数字产品，增强其抗同步攻击能力，在小波域的基础上，提出了一种新　

的盲检测数字音频水印算法．先将完整音频进行三层小波分解，取其低频系数，再对每个音频帧进　行三层小波分解，也取其低频系数，最后分别求出两组低频系数的平均值，并进行比较判断水印嵌　入位置．嵌入水印后的音频信号与原音频信号在听觉上是相似的．实验结果表明，该方法既可增强　

水印的不可见性，又能抵御多种攻击，具有很好的鲁棒性和实用性．　关键词：音频水印；离散小波变换；同步；鲁棒性　

中图分类号：ＴＰ３９１．４１　文献标志码：Ａ　文章编号：１００７—２６８３（２０１０）０４－００８ｌ—Ｏ５　

Ｒｏｂｕｓｔ　Ａｕｄｉｏ　Ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　Ｓｃｈｅｍｅ　Ｕｓｉｎｇ　Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　

ＬＩＮ　Ｋｅ—ｚｈｅｎｇ，ＺＨＯＮＧ　Ｙｕａｎ，ＦＡＮ　Ｂｏ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．，Ｈａｒｂｉｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｒｂｉｎ　１５００８０，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｐｒｏｔｅｃｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ａｕｄｉｏ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｍｏｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ａｎｄ　ｉｍｐｒｏｖｅ　ｔｈｅ　ａｂｉｌｉｔｙ　ｏｆ　ａｎｔｉ－ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａ—　

ｔｉｏｎ　ａｔｔａｃｋ，ａ　ｎｅｗ　ｂｌｉｎｄ　ａｕｄｉｏ　ｗａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｔｒａｎｓｆｏｒｍ　ｉｓ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｄｏ　ｔｈｒｅｅ—ｌｅｖｅｌ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｗｈｏｌｅ　ａｕｄｉｏ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ，ｔｈｅｎ　ｄｏ　ｔｈｒｅｅ－　ｌｅｖｅｌ　ｗａｖｅｌｅｔ　ｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ　ｔｏ　ｅａｃｈ　ａｕｄｉｏ　ｆｒａｍｅ　ａｎｄ　ｇｅｔ　ｔｈｅ　ｌｏｗ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ，ｆｉｎａｌｌｙ　ｆｉｎｄ　ｔｈｅ　ｗａｔｅｒｍａｒｋ　

基于混沌加密的ｆｌｗｔ域数字水印算法　Ｉ龚岩琳　ｌ重厌邮电大学重Ｊ大４０００６５　摘　要　提出了一种将二维混沌系统应用到水印图像预处理中，对水印图像进行混沌加密。然后对载体　图像进行三级小波分解，选择在水平和垂直子带中根据分块能量的大小，选择能量块较大的块系数嵌入　水印，该算法在水印提取过程中需要原始载体图像。实验结果表明：该算法嵌入的数字水印具有很好的　隐蔽性，同时对叠加噪声、平滑滤波等攻击具有很好的鲁棒性　引言　数字水印技术是当前解决数字媒体版权保护问题的　一种有效手段，它利用信号处理的方法在多媒体数据中　嵌入隐蔽的标ｉＥ（水印），要求所嵌入水印对于常用的信　号处理方法有鲁棒件，同时要求嵌入水印信息后不会引　起图像质量的明显　降。水印算法根据数字水印加载方　法的不同，可分为两大类：牵间域和变换域水印算法。　常见的李问域算法有最低有效位（ＬＳＢ）算法；变换域算　法有ＤＣＴ算法、ＤｗＴ算法等。由于在变换域中嵌入的　水印信号能量可以分布到卒问域的所有像素上，更有利　于保证水印的不可见件；另外，ＨＶＳ的视觉特性在变　换域可以更方便地结合到水即嵌入过程中，从而有利于　水印鲁棒性和不可见性的提高，因此，基于变换域的数　字水印技术倍受人仃Ｊ关注。　小波变换因具有时频分析能力和多分辨率分析特　性，基于小波变换的水印算法”　是近年来研究的热　点。同时，考虑到传统方式的水印嵌入后容易遭到攻　击，并被攻击方获取水印，本文提出了一种基于混沌加　密的ｄｗｔ域数字水印算法，该算法利用了在混沌实数序　列的处理上使用改进的二维混沌序列来加密水印以提高　安全性，然后对载体图像进行小波变换，根据细节子带　分块能量的大小，选择能量块较大的分块系数嵌入水　印，该算法在水印提取过程中需要原始载体图像。实验　结果证明本文算法具有很好的不可见性和鲁棒性。　１　混沌系统　混沌理论及混沌现象是非线性科学研究中最重要的　组成部分之一。混沌现象是在非线性动力学系统中出现　的确定性的、类随机的过程。这种过程非周期、不收敛　但有界，并且对初始状态具有极其敏感的依赖性，即初　始状态只有微小差别的两个同构混沌系统在较短的时间　后就会产生两组完全不同的、互不相关的混沌序列值。　混沌信号具有天然的随机件，特别是经过一定处理后的　混沌信号具有非常大的周期和优良的随机性，完全可以　用来产生符合安全性要求的序列密码。更重要的是，通　过混沌系统对初始状态和参数的敏感依赖性，可以提供　数量众多的密钥。根据混沌系统的上述特点，可以用其　产生序列密码。　１．１　二维Ｌｏｇｉｓｔｉｃ序列的混沌特性和统计特性　Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射是一种常见的混沌动力系统，基于一　维Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射进行加密是一种平凡的混沌加密，安全　件难以保障，且可以证明二维Ｌｏｇｉｓｔｉｃ￣射Ｈ　所产生的混　沌点集合不存在有效的无误差构造形式，具有更安全的　加密效果。　二维Ｌｏｇｉｓｔｉｃ映射的系统模型为：　『　＋１＝　ｘ．０一　）＋　【　＋－＝　２　（１一　）＋　（１）　２０１０　０３　ｌ