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基于矢量量化技术的音频信息隐藏算法的研究

作　者: 刘继新
导　师: 陆哲明
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 信息隐藏矢量量化语音音频数字水印音频指纹
分类号: TN919.8
类　型: 博士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

信息的数字化已经给我们的社会和日常生活带来了巨大的和革命性的影响。数字多媒体技术的快速发展和国际互联网的广泛普及给我们的生活带来了方便,给我们的事业带来了机遇,但是与此同时也给我们带来了许多具有挑战性的问题。比如如何实现对数字多媒体作品的有效的版权保护以及如何实现安全的秘密通信等等。由于传统加密方法的种种缺点和应用局限,信息隐藏技术作为一种信息安全领域的新技术、新方法得到了越来越多的研究和应用群体的关注。信息隐藏技术主要有数字水印和数字密写两大分支,分别应用于数字多媒体作品的版权保护和隐蔽通信。矢量量化技术最早是作为一种更有效的数据压缩方法被提出来,随后广泛的应用于静态和动态图像编码、语音和音频编码以及语音识别等领域。而且近年来随着矢量量化研究的深入和各种研究方向的交叉,使得矢量量化的应用领域越来越广,如:信息隐藏、图像检索、数据库压缩和图像恢复等等各个领域都可以或多或少的找到矢量量化应用的例子。现有的研究多集中于以静态图像或视频为载体的基于矢量量化技术的信息隐藏,目前罕有将矢量量化技术应用到音频信息隐藏的报道。本文在这一方面做了有益的尝试,围绕着将矢量量化技术和信息隐藏技术相结合这一主题进行研究,做了如下四个方面的工作:(1)提出了一种基于矢量量化技术和修改的离散余弦变换的鲁棒音频数字水印算法,并采用小波变换来对音质进行改进,另外采用嵌入自同步码的方式实现了嵌入水印的同步。(2)提出了一种采用离散余弦变换的可以同时进行数字版权保护和防篡改认证的基于矢量量化技术的多功能音频数字水印算法,并通过实验验证了其有效性。(3)提出了一种基于矢量量化技术与低比特率语音编码器相结合的语音信息隐藏算法,并通过实际开发一个经由公共电话网络的隐蔽通信系统验证了其可行性。(4)提出了一种基于小波变换的音频指纹算法,根据每个小波分量系数的方差之间的关系设计了音频指纹算法,该算法在保持较高的最佳识别率的同时对常见的保留信号内容的攻击操作和加性高斯白噪声,尤其对线性速度变化攻击具有很好的鲁棒性。论文最后在总结本文研究成果的基础上,对基于矢量量化的音频和语音信息隐藏技术的研究前景做了展望。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
第1章绪论  14-37
  1.1 论文的研究背景和意义  14-20
    1.1.1 音频信息隐藏技术的应用  15-20
    1.1.2 理论意义  20
  1.2 矢量量化技术及其应用  20-26
    1.2.1 矢量量化技术的概念  21-22
    1.2.2 几种常用的矢量量化器  22-25
    1.2.3 矢量量化技术的应用  25-26
  1.3 音频与语音信息隐藏技术综述  26-31
    1.3.1 时间域音频信息隐藏算法研究现状  26-27
    1.3.2 变换域音频水印算法研究现状  27-28
    1.3.3 扩频技术在音频水印算法中的应用研究现状  28-29
    1.3.4 压缩域音频水印算法研究现状  29-31
  1.4 基于矢量量化技术的信息隐藏技术综述  31-34
    1.4.1 基于码书划分方法的信息隐藏算法  31-32
    1.4.2 基于矢量量化索引特点的信息隐藏算法  32-33
    1.4.3 基于约束矢量量化的信息隐藏算法  33
    1.4.4 基于矢量量化的多水印算法  33-34
  1.5 基于矢量量化技术的音频与语音信息隐藏算法综述  34-36
  1.6 论文的组织结构与主要研究内容  36-37
第2章基于矢量量化技术的鲁棒音频数字水印算法  37-52
  2.1 引言  37-40
  2.2 离散余弦变换与小波变换  40-42
    2.2.1 离散余弦变换与修改的离散余弦变换  40-41
    2.2.2 小波变换  41-42
  2.3 基于矢量量化的鲁棒音频数字水印的嵌入与提取  42-46
    2.3.1 码字标记的矢量量化  42-43
    2.3.2 嵌入算法  43-45
    2.3.3 提取算法  45-46
  2.4 仿真实验结果  46-51
    2.4.1 主客观听觉测试  46-49
    2.4.2 鲁棒性测试与分析  49-51
  2.5 本章小结  51-52
第3章基于矢量量化技术的多功能音频数字水印算法  52-67
  3.1 引言  52-55
  3.2 基于多级矢量量化技术的多功能语音数字水印算法  55-59
    3.2.1 LPC 系数的多级矢量量化模型  55-56
    3.2.2 多功能数字水印的嵌入和提取  56-58
    3.2.3 算法的性能分析  58-59
  3.3 基于矢量量化技术的多功能音频数字水印的嵌入与提取  59-63
    3.3.1 多功能音频数字水印的嵌入  59-61
    3.3.2 多功能音频数字水印的提取  61-63
  3.4 仿真实验结果  63-65
    3.4.1 主客观听觉测试  63-64
    3.4.2 多功能数字水印测试  64-65
  3.5 本章小结  65-67
第4章基于矢量量化技术的语音码流隐写算法  67-86
  4.1 引言  67-70
  4.2 G.729a 编解码器  70-72
  4.3 G.729 码流的感知透明的信息隐藏算法  72-75
  4.4 基于矢量量化技术的G.729a 语音码流隐写算法  75-77
  4.5 仿真实验结果  77-80
    4.5.1 载荷评估  77-78
    4.5.2 语音质量评估  78-80
  4.6 一个基于语音码流的隐密信息传输系统的实现  80-85
    4.6.1 系统的硬件构成  81-82
    4.6.2 系统的总体实现框架与工作流程  82-83
    4.6.3 宿主语音信号的透明度效果与载荷  83-85
  4.7 本章小结  85-86
第5章基于小波变换的音频数字指纹算法  86-104
  5.1 引言  86
  5.2 音频数字指纹技术概述  86-91
    5.2.1 音频数字指纹技术的应用领域  86-88
    5.2.2 音频数字指纹技术的要求和难点  88
    5.2.3 音频数字指纹技术的研究现状  88-91
  5.3 基于小波变换的音频数字指纹算法  91-93
  5.4 实验结果及分析  93-103
    5.4.1 攻击处理  93
    5.4.2 误码率分析与阈值的确定  93-94
    5.4.3 鲁棒性测试  94-99
    5.4.4 算法比较  99-103
  5.5 本章小结  103-104
结论  104-107
参考文献  107-119
附录A 基于矢量量化的音频数字水印软件界面  119-120
附录B 基于语音码流的隐密信息传输系统界面  120-121
攻读博士学位期间发表的论文及其它成果  121-124
致谢  124-125
个人简历  125

基于矢量量化技术的音频信息隐藏算法的研究

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