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现代音频处理技术的成熟和互联网的普及使得音频产品很容易被人恶意篡改,并在网上四处传播,因此对音频产品的认证也变得日益重要。音频数据的语义可以通过简单地重排或去掉几个小的片断进行改变,如果只依靠人的听觉测试来判断音频数据的完整性是完全不够的。传统上使用哈希函数的密码学验证方法和早期的如LSB等脆弱音频水印技术都设计为保护数据流中的每一个比特都不能改变。但是,我们更希望能够允许传输信道中保持内容的操作而不触发认证警告。
本论文基于以下规则:(1)作品是否有任何形式的修改:(2)作品变化显著吗?(3)作品什么部分被修改了;(4)被修改的作品能恢复吗?逐步建立了一个能够有效对音频内容的完整性进行认证,同时让不对音频内容进行修改的音频操作通过认证,除此之外还可以对被窜改的音频片断进行近似恢复的完整的音频认证水印系统。
音频认证水印算法在以往文献中出现很少,但是在图像认证领域中,已经有了非常广泛的用途,因此设计一个有效的音频认证水印算法可以基于音频自身的特征,以及图像领域中成熟的认证算法来得到。
本文首先提出了一个半脆弱水印算法,用于音频认证。该算法在原始音频的离散小波域的中频部分,嵌入二值图像水印,嵌入公式采用最简单的加性噪声的形式,并通过音频掩蔽效应保证水印嵌入的透明性。在检测过程中,不需要原始音频,使用最经典的相关性检测技术,通过比较提取出来的水印和原始的水印序列来判断是否通过认证。实验表明,该算法在抵抗常规音频操作的同时能够有效的认证恶意篡改等攻击。接着在该算法的基础上,提出在检测出被篡改区域的同时,对该区域进行近似恢复。针对这个目标,嵌入水印过程中采用的水印不再是二值图像,而是从原始音频中提取出来的特征序列,这里的特征是在语音识别领域中应用非常广泛的MFcc系数。然后基于相似性建立一个位置序列,乱序、编码后,作为水印隐藏在原始音频中。实验表明,该算法可以有效的实现近似恢复。