基于ofdm数字音频水印同步技术探究

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1、基于OFDM数字音频水印同步技术探究摘要：本文提出了一种基于OFDM同步音频数字水印方案。主要是通过对原始水印进行随机化处理、编码调制及正交变换，在时域内嵌入同步码来确定水印的嵌入位置。实验结果表明，该算法对DA/AD变换具有良好的鲁棒性，同时证明了该算法的可行性和优越性。关键字：正交频分复用音频水印同步技术DA/AD攻击1.引言近年来，多媒体技术与数字网络通讯的迅猛发展，使得数字化音乐制品和音像制品的大量制作和发行变得日益普及化、简单化，音频数据的版权保护也显得越来越重要。数字音频水印是一种很好的版权保护措施，已经成为数

2、字水印的一个重要研究方向，也是目前信息安全领域中的一个新的研究热点[1]。研究音频水印的同步具有非常重要的意义。首先，进行实时水印检测时，必须通过检测同步信号获取水印嵌入的正确位置，才能提取水印信息；其次，对语音的各种处理往往会造成数据量的变化和数据的位移，这时同样需要通过同步码获取水印的嵌入位置。2.同步信号11所谓同步信号就是用来标志水印嵌入位置的特征点或特征区域。按照同步信号的来源可以将其分为外同步和自同步[2]，本文采用外同步法，即将同步信号如同水印信息一样需要嵌入和提取过程。到目前为止，人们主要采用四种措施设计抵

3、抗同步攻击的稳健音频水印方案，分别为穷举搜索[3]、扩频水印扩频码相结合、利用原始音频重要特征、同步码等。其中，同步码方案具有较为明显的技术优势。按照同步的功用来分，同步可以分为载波同步、位同步(码元同步)、群同步(帧同步)和网同步(通信网中用)等四种[4]。在水印系统中，一般使用群同步技术。实现群同步的方法有两种，即连贯式插入法和间隔式插入法。本文用到的就是连贯式插入法，连贯式插入法就是在每群的开头集中插入群同步码字的同步方法。目前最常用的群同步码组是巴克码。3.水印的嵌入算法3.1水印预处理本文选取的水印是一幅二值图像

4、，要将其嵌入到一维的音频信号中，首先必须进行降维处理，使之成为一维二值序列；然后对一维水印序列进行置乱。具体步骤如下：(1)水印图像的降维处理假设所选取的二值水印图像为w，那么将其转换为一维序列w的方法为：（1）(2)水印的编码11水印信号在嵌入音频文件之前，要进行一系列的变换，以提高它的随机性和相关性。本文对水印信息首先进行随机化，然后再对其进行OFDM编码，最后又进行了一次正交变换，这样就生成了待嵌入的水印序列。(3)水印序列置乱处理上面所提到的随机化，就是要将水印序列进行置乱处理。首先生成一个混沌序列，其个数与待置乱

5、的一维水印序列相同。按照顺序将混沌序列与该水印序列中的元素一一对应，然后将混沌序列按照从小到大排序，那么水印序列就相应的被置乱了。3.2同步码的嵌入同步码在音频水印中的作用至关重要。当我们进行水印的实时提取时，必须通过准确的检测同步码来确定水印嵌入的正确位置。同步码能否准确定位水印的嵌入位置决定了音频水印的实时性、有效性，因此同步码的稳健性也就成了水印检测系统的关键。为了减少同步码的搜索计算量，实现快速重同步，本文将同步信号嵌入在时间域上。同时，为解决好稳健性和不可察觉性相冲突的矛盾，满足两者之间的基本要求，同步码必须是具

6、有尖锐特性的自相关函数且具有较短的码长。11在选取同步码时，要正确选取同步码的长度，如果码长过长，则在时域内检索同步信号就需要耗费较长时间，若是过短，则会出现同步码的重复率过高，在宿主音频中产生假同步的概率就越大[5]。把同步码插人到水印序列里形成新的序列再嵌入到音频数据里面。同步码与水印信息的数据结构如表1所示：表1数据结构图…同步码水印信息同步码水印信息…本文选用N=12的巴克码(Barkcode)111110011010作为同步码嵌入音频中，巴克码是一种常用的群同步码，它是一种具有非周期序列的二进制码组[6]。设是同

7、步信号，，则其自相关函数为:（2）其中，N为码元长度，为码组中第j个码元的值。巴克码在计算自相关函数时，需要转化为B=[+1,+1,+1,+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,-1]。表示式为：（3）3.3水印嵌入嵌入水印的步骤如下：步骤一分段要将水印信息嵌入音频文件中，首先要对原始音频进行分段，且每段音频长度相同。设原始音频信号为：11,分别对这N个子载波进行调制。选取子载波间隔使各个子载波在周期T内相互正交。取即可满足此条件，各子载波频率为，因此，一个周期内OFDM的信号表达式为：（4）以间隔对上式进行采样（

8、采样频率），得到：（5）由以上两式可见，和为离散傅里叶变换对（DFT），因此，OFDM信号波形可以由IDFT变换得到。因此，对音频段做DFT变换，得到DFT的系数序列，取其中某一频段作为待嵌入的音频信号C，假设C序列的长度为N。步骤二调制将水印信息转化为长度为的二值序列w，然后对此二值序列进行MQAM调