音频的“隐形保镖”——音频数字水印-编程知识

音频的“隐形保镖”——音频数字水印

在互联网时代，多媒体数字资源可以快捷地传播和获取，但同时也导致了数字音频产品的非法扩散、非法拷贝和非法篡改猖獗，数字音频产品的完整性和版权保护问题越来越凸显。文档和图像可以添加水印，音频同样可以添加水印，让“隐形保镖”守卫音频。

一、音频水印

音频数字水印是一种将数字水印嵌入到音频信号中的技术。利用的是音频信号的冗余性和人类感知器官对于音频的掩蔽效应等特性，在不影响音频载体听觉质量的情况下，通过把额外的数字信息隐秘地添加到音频媒体中以实现对音频的版权保护、内容认证、跟踪以及监视等功能。音频数字水印将水印以不可剥离的方式嵌入到音频中，将音频与水印紧密结合，只有通过相对应的提取算法才能将水印正确提取出来。与传统加密技术相比，音频数字水印技术不仅实现了对于水印内容的隐藏，更重要的是隐藏了水印的存在，让攻击者对水印的存在无法感知到，从而避免激发出攻击者破解的欲望，因此音频数字水印技术在音频传播过程中具有更好的实用性和安全性。

音频数字水印一般具有以下几个方面的特性：

1、隐藏性

嵌入水印的音频不可以出现失真的情况，不能损害音频载体使用价值。水印无法被直接感知到，依靠相应的算法才能识别。

2、鲁棒性

对于被攻击后的含水印音频仍可实现正确提取水印。水印的鲁棒性多用于音频的版权保护，通过水印的正确提取以确定音频的版权归属问题。

3、安全性

水印的安全性依赖于在算法设计过程中密钥的使用，即使算法完全公开，未经授权的第三方依旧不具有检测嵌入水印的能力。通过对生成水印、嵌入水印、提取水印的过程进行加密来保证音频水印算法的安全性。

二、音频水印算法

1、音频水印生成算法

水印可以是二进制码等无意义信息，也可以是图片文本等具有版权标识信息，还可以是原始音频的特征。水印生成要以最少的数据量实现水印的安全性，这样可以保证水印的隐藏性。

2、音频水印的嵌入算法

嵌入算法主要实现嵌入位置和方式的选择，需要尽可能寻找对音频干扰小的位置进行嵌入。以下是经典的音频水印算法。

时域水印算法是指将水印直接嵌入到音频载体的时域数据上。直接修改音频信号的参数，比如幅度、时间延迟等。这样的算法简单、计算量小，但是抵御攻击的能力差。

频域水印将音频信号通过傅里叶变化等算法转换到频域，在频域中嵌入水印信息，最后再转换回时域，这种算法的鲁棒性较好，但是计算的复杂程度高。

变换域水印算法均采用对音频载体做频域变换，实现将水印嵌入到音频载体的变换域系数上。采用变换域算法实现水印嵌入时可保证水印信号散布于空间域中的所有位置，可更好抵御攻击。

3、音频水印的提取算法

提取算法要求水印能正确提取，对比水印信息来验证音频的真实和完整。对于鲁棒水印算法要求水印能抵御干扰，能正确提取来达到版权验证。

三、音频水印的展望

当下的音频水印算法对于一些攻击是无可奈何的。比如任意剪掉某小段音频，造成所有音频数据位置的偏移，无法在原始位置上提取水印。或是对音频信号周期性地增加或减少样本数据，导致音频同步点偏移，水印无法提取。不改变音频播放速度的基础上对音频的音调进行改变，音调的高低变化会使水印的提取难度加大。所以音频水印算法还有很大的提升空间，有许多挑战需要克服。

未来可以将音频和其他媒体等进行融合，实现多模态的水印技术，提高信息的安全性和可靠性，让音频水印在更多领域大显身手。

参考文献：

【1】薛一鸣,张金雨,陈波涛等.基于参数寻优的立体声鲁棒水印算法[J].通信学报,2023,44(07):149-158.

【2】侯金程.基于双声道信息相关性的音频文件可逆水印算法[J].电声技术,2023,47(10):12-15.DOI:10.16311/j.audioe.2023.10.004

【3】齐燕博,杜庆治.基于质心和ASVD的鲁棒音频水印算法[J].信息安全与通信保密,2023,(03):93-102.

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