基于混沌加密的小波域音频盲水印算法
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基于混沌加密的小波域音频盲水印算法
王旭;申美玲;邸晓宇
【摘 要】本文将混沌理论引入到了音频水印系统的研究中,设计了一种将一段简短的音频用混沌序列进行加密后,作为载体嵌入到原始音频信号的小波域中.先将作为水印的音频信号利用混沌映射进行置乱,然后再利用混沌序列实现对隐藏位置的保密.这种方法既保证了水印的安全性又实现了水印的盲提取.实验表明,此方法具有很高的安全性和鲁棒性.%This article introduced the chaos theory into the
study of audiu watermarking system, and designed a kind of a short audio
chaotic sequence which is encrypted and then embedded into DWT of the
original audio signal as a carrier.First scramble the audio signal as the
watermark by using chaos mapping, and then keep secret for hidden
location using chaotic sequences This method not only guarantees the
security of watermark, but also realizes the blind watermarking
extraction.Experimental results show that this method has u high security
and robustness.
【期刊名称】《价值工程》
【年(卷),期】2011(030)014
【总页数】1页(P201-201)
【关键词】混沌加密算法;音频水印;仿真实验;安全性;鲁棒性
【作 者】王旭;申美玲;邸晓宇 【作者单位】东北石油大学电气信息工程学院,大庆,163318;东北石油大学电气信息工程学院,大庆,163318;大庆市祥阁学校,大庆,163316
【正文语种】中 文
【中图分类】TP309
随着计算机和网络的飞速发展，数字媒体正在逐步取代传统媒体。因此数字产品比以前更容易被修改、复制和传播。有些作者并不希望通过网络发布自己的作品，而大量非法盗版数字产品的出现严重侵害了创作者的知识产权。这使得数字产品的版权保护不只是法律问题更是一个技术性难题[1]。音频水印技术的基本思想就是在音频信息中的“冗余成分”嵌入秘密信息来达到隐藏数据的目的。该技术将秘密信息设置成水印嵌入到原始音频中，在音频产品正常使用时不易被察觉，但很容易加以区别，这样既达到保护版权的作用又能保证数字产品的完整性。这项技术在数字产品的版权保护中已经得到了广泛的应用[2]。
Logistic 映射的定义为 Xk+1＝μXk（1-Xk），其中 0≤μ≤4，称为分支参数，Xk+1∈（0，1）。混沌 动力系 统的研 究工作 指出，当3.5699456≤μ≤4时，Logistic映射工作于混沌态。Logistic是一类简单且被广泛研究的动力系统，具有混沌系统所共有的性质，通过不同初值迭代而产生的序列是不相关、不收敛、非周期的序列，即对初值非常的敏感，且具有高斯白噪声的统计特性。
将原始音频信号进行等步长无交叠分段，对混沌序列选择的音频数据段进行L级小波分解。在第L级小波细节分量上嵌入水印，选择每个音频数据段的细节分量dL（t）中绝对值最大的系数M作为水印的嵌入位置。选定适当的μ1值（μ1≠μ）及初始值k2（k2≠k1）生成一个新的混沌序列，并在系数M中选择其中较大的数选作N（N＜M），这N个点作为水印的嵌入位置。使用抖动量化调制技术实现水印的嵌入在提取水印的时候会有一定的容错，只有保证系数多元化在（-△/2，△/2）之间水印才能被正确提取。在音频数据段进行L级小波分解后，低频系数为dL（t），我们可以推导出商pLt，和余数QLt
PLt＝⎿dL（t）/△」 （1）
QLt＝dL（t）-PLt*D （2）
选择部分音频帧作为隐藏帧，每帧隐藏一个比特位。我们可以把dL（t）系数做如下修改：
⎿.」表示不超过这个数的最大整数，mod 表示取模运算，sgn（.）表示信号函数，△＞0表示量化步长。修改后的细节分量dL（t）′为（-△-1，△+1），量化步长△要保证音频水印的安全性和鲁棒性。
修改系数后进行原始音频信号的重构，即进行L级离散小波逆变换。重复上面提到的过程，便可以在数字音频中嵌入水印。
提取水印的过程是嵌入水印的逆过程。该水印算法在提取水印时不需要原始音频信号，即实现盲提取。
水印的提取过程如下：
（1）对待检测的数字音频水印信号做等步长无交叠分段，分段数与原始音频分段段数相同，对每一段音频都进行L级小波分解，提取出L级细节分量dL（t）′。
（2）通过密钥K（μ1，k2）生成混沌序列，以确定水印嵌入位置。
（3）用下面的公式提取位数据：C（j）＝⎿|dL（t）′|/△」mod2 （5）
（4）通过密钥K（μ，k1）生成的混沌序列对加密水印进行解密，得到嵌入音频的原始水印信号。
实验条件：音频水印长1s，采样率16kHz；原始音频长25s，采样率44.1kHz；使用μ＝3.567，初始值k1＝0.2生成的混沌序列对音频水印进行混沌加密，使用db4小波对隐藏帧进行三级小波分解，选择第三级细节分量作为隐藏区域。利用μ＝3.587，初始值k2＝0.3的混沌系统选择部分音频帧作为隐藏帧。实验中，选择步长△＝30。图1为原始音频信号的波形，图2为提取水印后的音频信号波形。
将实验结果与文献6进行了比较，可以得出水印嵌入小波域比嵌入倒频域的鲁棒性好，能更有效地抵抗各种攻击，音频信号嵌入水印后信噪比比文献6嵌入算法的信噪比高出5%左右。
基于混沌理论，本文提出了一种基于混沌加密和混沌序列实现对隐藏位置保密的盲音频信息隐藏算法。水印算法实验和攻击测试结果表明，该算法具有良好的安全性和鲁棒性。
【相关文献】
[1]雷德明，严新平，吴智铭.多目标混沌进化算法[J].电子学报，2006（6）：1142-1145.
[2]郭云彪，尤新刚，张春田，周琳娜.面向信息隐藏的图像复杂度研究[J].电子学报，2006（20）：1048-1052.
