中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）02-0000-00
1 引言
音频水印算法按照水印的应用要求，可分为鲁棒性水印算法和脆弱性水印算法。鲁棒性水印算法主要用于数字音频的版权保护，脆弱性水印算法主要用于数据的真伪鉴别和完整性认证。然而，在实际应用中，一些音频作品，如法庭上的证据录音、重大的事件信息报道等，即有版权保护的需要，又有保证其内容完整性和真实性的需要。因此，为了加强其信息的安全性，需要在音频作品中嵌入多个水印以实现上述目的。多功能音频水印算法也由此产生。目前，对音频多功能水印算法的研究还很少，算法也主要基于量化的方法进行水印嵌入。本文首先总结了多功能音频水印嵌入算法框图，然后重点阐述了多功能音频水印在抗同步攻击方面取得的进展，最后针对该领域的发展趋势，提出今后研究方向的建议。
2多功能音频水印嵌入算法
2.1多功能音频水印嵌入算法框图
多功能音频水印的嵌入算法首先对原始音频信号预处理，方便水印信息的嵌入；然后对预处理的音频信号在变换域进行变换，并采用合适的方法嵌入水印信息；最后对含水印的音频系数进行逆变换，得到含水印的音频信号，嵌入算法流程如图1所示。
在图1中，水印信息主要包括有意义的二值图像和伪随机数。为了提高算法的安全性，需要对水印信息进行预处理，比如进行置乱处理、加密等。
2.2多功能音频水印嵌入算法
由于多功能的音频水印方案一般要求原始作品的信号能够隐藏较大的信息量，需要更好地利用人类视觉系统（Human Visual System， HVS）和人类听觉系统（Human Auditory System， HAS）特性。但是人类听觉系统要比人类视觉系统更加敏感，因此音频多功能水印技术的研究面临更大的挑战，目前对多功能音频多功能音频水印嵌入算法的研究主要基于量化算法。在 [1]中采用均值量化的方法嵌入鲁棒性水印，采用量化单个系数的方法嵌入脆弱性水印。采用均值量化方法主要是因为样本均值比单个样本具有更小的方差。每个水印比特位通过量化的方法嵌入到一系列系数的平均值中，这样，原始音频信号失真对单个水印位的影响就会大大降低。
[2]在离散余弦域添加随机序列作为鲁棒性水印，然后采用适当的量化策略，实现在鲁棒性水印的基础上加入了脆弱性水印。该方法不能实现鲁棒性水印的盲提取，并且需要考虑鲁棒性水印和脆弱行水印的嵌入顺序，脆弱水印不能实现篡改定位。
[3]采用量化算法，把小波变换域同级奇偶系数之和的差作为新的量化对象嵌入鲁棒性水印，把量化噪声分散到小波变换偶系数上，有效提高了信噪比，增强水印的不可感知性。实验表明，该算法的鲁棒水印能有效抵抗各种常见攻击，而脆弱水印对各种攻击具有足够高的敏感度。但是该算法没有对去同步攻击进行验证同时该算法不能对篡改的音频进行定位与恢复。
[4]将基于 RBF 神经网络的音频零水印方案作为版权认证水印，脆弱水印在经典量化算法的基础上采用一种新的双极性量化方法嵌入脆弱水印，把常规量化取区间中值改为取边界值以提高脆弱水印的敏感性。实验结果表明，该方案认证水印具有很强的抗攻击鲁棒性，脆弱水印具有很强的敏感性，且能够对恶意篡改进行精确定位。
[5]采用通过对语音信号做线性预测分析（Linear Predictive Coefficients， LPC）并在对LPC系数做多级矢量量化的过程中实现了语音多功能水印的算法。但是该算法存在两方面的不足，一方面是乘积码书尺寸过大导致码字搜索时间较长，不利于算法的实时实现；其次，该算法直接对语音的 LPC 系数做矢量量化而没有引入心理声学模型，导致带水印语音信号的质量较差。[6]提出了一种基于量化方法的多功能水印的音频算法。该算法采用了掩蔽阈值做量化步长，通过正负调制在音频信号的FFT域一次嵌入水印，可以使用不同的检测过程用于版权保护或进行篡改检测。该方法的缺点是不能实现盲检测，不能对篡改的音频进行定位与恢复。
[7]利用混合变换域低频系数构造系数生成鲁棒水印，基于量化的方法嵌入脆弱性水印。实验表明该算法实现了对音频作品的内容完整性认证以及版权保护，但是该算法未对抗同步攻击进行验证。
[8]采用均值量化的方法将可辨的二值图像分别嵌入到经过离散小波变换的中低频系数中，实现了鲁棒性水印和脆弱性水印同时嵌入到音频载体的目的。实验结果证明了该算法在版权保护和内容认证方面的有效性，但是没有对抗同步攻击进行验证。
[9]提出一种基于质心的混合域半脆弱音频水印算法。该算法对每个音频帧计算质心并实施密码学中的hash运算生成水印，将水印加密后在由离散小波变换和离散余弦变换构成的混合域嵌入到含有质心的音频子带上。该算法有效地解决了音频内容真实性和完成整行的可靠认证。
[10]分别提取混合变换域的低频系数和中低频系数作为水印的构造和嵌入域，文章利用原始音频的特征构造零水印并嵌入半脆弱水印，实现音频版权保护和内容完整性认证。实验结果表明，该算法的不可感知性很好，具有良好的鲁棒性，并且能够对恶意窜改进行定位。
3总结与展望
综上所述，多功能数字音频水印在抗同步攻击方面已经取得了很大的进展，但是仍有很多实际问题需要解决。根据音频信号本身所具有的特点以及音频水印技术的实际需求，以下几个问题值得进一步研究：
（1）多功能音频水印算法在抵抗同步攻击方面能力较弱，如何进一步提高多功能音频水印的鲁棒性是一个现实的有意义的问题；
（2）如何避免鲁棒性水印和脆弱性水印之间的相互干扰；
（3）多功能水印算法由于嵌入多个水印，使得原始音频作品的嵌入量增加，如何平衡算法嵌入量、鲁棒性与不可感知性三者的关系有待解决；
（4）具有修复功能的音频水印算法的研究。
参考文献
[1]刘海燕，熊曾刚，刘易.一种用于版权保护与内容认证的多功能音频水印算法[J].北京工业大学学报，2014，41（1）：68-75.
[2]杨洋，陈小平.一种基于DCT变换的音频多水印算法[J].数据采集与处理，2006，19（2）： 215-219.
[3]廖琬明，张玉贤，李东晓，等.基于小波变换的脆弱-鲁棒双重音频水印[J].浙江大学学报（工学版），2009，43（4）：721-726.
[4]马朝阳，张雪英，李雯璐.一种能进行篡改定位的音频双水印算法[J].太原理工大学学报，2011，42（2）：107-110. (责任编辑：南粤论文中心)转贴于南粤论文中心: http://www.nylw.net(代写代发论文_广州毕业论文代笔_广州职称论文代发_广州论文网）
