随着网络技术和多媒体压缩技术的发展,数字多媒体信号(文本、音频、视频和图像信号)可以轻易地被复制、传送和修改。这就使得加强信息安全和保护知识产权成了需要迫切解决的问题,数字水印技术就是其中的一种解决方案。数字音频水印技术通过轻微地改变原始数据以在音频信号中嵌入版权等方面的附加信息即水印。本文只讨论用于版权保护的,利用扩频技术在时域嵌入二进制图像数据的音频水印技术。该类水印的主要缺点是:嵌入率较低以及对同步(例如变时间和变调处理)等某些攻击的鲁棒性较差。本文在不对嵌入算法作大改动的前提下,主要在检测(提取)算法中作改进,以提高水印的鲁棒性。改进主要包括三个方面:采用自适应的判决阈值、利用后处理技术抵抗变时间攻击,以及采用基于高通滤波的白化处理抵抗变调攻击。传统的检测技术是将相关运算的结果与一个固定的阈值作比较以判断水印信息是“0”还是“1”,该阈值根据实验或经验确定。本文则提出了一种自适应选择阈值的方案,该方案对所有帧的相关结果进行统计分析,找出两个主分布区的分界点,以此作为该音频的最优阈值。实验结果表明,采用这种方式得到的阈值随着音频信号的不同以及攻击手段的不同而不同,尤其是攻击手段对阈值的影响最为明显。自适应阈值的引入不但提高了水印对一般攻击的健壮性,比如高阶低通滤波、重采样、重量化和MPEG压缩,也使得抗击变调攻击成为了可能。变时间不变调音效处理是通过有规律地复制或删除信号小片段以改变音频信号的长度。虽然水印同步遭到破坏,但局部数据段没有改变,所以相关检测仍然可以进行,只是音频数据量的改变会导致提取出的信息比特数量的改变,组合出的二进制图像也就可能因变形而无法辨认。本文提出一种简单易行的称作“后处理”的抗变时间攻击的措施,那就是通过内插和抽选两种手段的结合,实现对提取出的信息比特数量的缩放,使其恢复攻击前的尺寸。至于缩放比例的确定,则采取穷举搜索的方式,直到提取出的水印错误率最小,而搜索又分成粗搜索和细搜索两个步骤以提高搜索效率。实验结果表明,该方法对运算量和存储空间的要求不高,对抗击变时间攻击非常有效,当变时间的比例在0.3到2.0的范围内时,水印提取的比特错误率低于16%。变调不变时间音效处理是变时间处理和重采样处理的结合。由于重采样采用了对音频信号的均匀抽选和内插处理,所以不存在未被破坏的局部数据段,从理论上讲,无法通过相关检测提取出水印。但是本文根据大量的实验发现,相关运算前的最优线性预测误差滤波器是一个非线性相位的高通滤波器,只要将之替换成线性相位有限脉冲响应高通滤波器,再结合自适应的阈值方案,仍然能够成功地提取出被变调攻击的水印信息。实验结果表明,该方法对抗击变调攻击非常有效,当变调攻击的比例在0.7到2.3的范围内时,水印提取的比特错误率低于15%。考虑到高通滤波处理降低了水印对低通滤波类攻击的鲁棒性,所以最终的检测器是两种检测器(分别采用最优预测误差滤波器和线性相位高通滤波器)的综合,即对两种相关值取最大再作比较判决。另外,两种检测手段的结合使水印对其它攻击的鲁棒性也得到了进一步的提高。总之,本文提出的水印检测算法对几乎所有攻击都具有鲁棒性,再加之算法复杂度低,因此具有很好的实用价值。