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1、南京邮电大学硕士研究生学位论文 1 南南 京京 邮邮 电电 大大 学学 硕士学位论文摘要硕士学位论文摘要 学科 专业 信号与信息工程 研 究 方 向 语音处理与现代语音通信 作 者 方健华 指 导 教 师 张玲华 题 目 回声隐藏技术的研究与实现 英 文 题 目 Research and Development of Echo Hiding Technology 主 题 词 Keywords 南京邮电大学硕士研究生学位论文 摘要 1 摘要摘要 信息隐藏是一种在不对载体信号 图像 视频 音频等 产生过分影响的条件下将额外 的信息嵌入到数字媒体中以实现版权保护 隐蔽通信等功能的技术 回声隐藏是基于
2、音 频的信息隐藏的一个重要分支 本文首先对信息隐藏的概念 评价标准以及研究现状进行了归纳和总结 接着介绍 了回声隐藏的概念 基本原理及特性 分析了回声隐藏的研究现状 发展趋势和将来的 研究重点 在第四章中 本文在研究 Kim 提出的前后向回声核技术的基础上 结合短时能量分 析和心理声学模型 提出了一种自适应的回声隐藏算法 该算法对声音信号在时域进行 分段 能够根据心理声学模型 自适应地调整回声衰减系数 使嵌入隐藏信息的声音信 号具有更好的不可感知性 并且具有对抗加噪 重采样 重量化 滤波以及 MP3 有损压 缩等攻击的良好鲁棒性 在第五章中 针对音频信息隐藏技术中常见的 MP3 有损压缩的攻击
3、方法 本文研究 了基于合成分析的回声隐藏算法 在隐藏信息嵌入的过程中 就要考虑是否能准确地提 取隐藏信息 尤其是经过 MP3 攻击之后 每段声音信号的衰减系数使用合成分析的方法 自适应地调整 这样使得嵌入的隐藏信息对原始声音信号的影响最小 与传统的回声隐 藏算法相比 该算法不仅能改善声音质量 而且在加噪 重采样 重量化 滤波以及 MP3 有损压缩等攻击方面具有更好的鲁棒性 最后 就全文的工作加以总结 讨论了在音频信息中进行信息隐藏的若干难题及对 进一步研究的展望 关键词 信息隐藏 回声隐藏 心理声学模型 自适应 合成分析 南京邮电大学硕士研究生学位论文 Abstract 1 Abstract
4、Information hiding is a technology which embeds the important data into the digital audio picture or video to hide the existence for copyright identification or undercover communication Echo hiding is an important branch of the information hiding based on audio signals At first this paper introduces
5、 the concept of information hiding Then the paper introduces the concept principle and characteristic of echo hiding and analyzes its current situation developmental trend and the key research points In the fourth chapter on the basis of Kim s backward and forward kernels this paper propose an adapt
6、ive algorithm of echo hiding which combines with short time energy computing and MPEG Psycho acoustic Model 1 The original audio is first divided into segments and the mask of each segment is computed The decay rate of echo kernel is adaptively adjusted according to MPEG Psycho acoustic Model 1 By a
7、daptively adjusting the decay rate of each segment a significant improvement in audio quality is achieved Furthermore the proposed method is robust to many attack operations such as noise addition re sample re quantization filter MP3 encoding decoding and so on MP3 encoding decoding attack is a comm
8、on and popular procedure used in audio signal processing This paper proposes an analysis synthesis echo hiding approach against MP3 attack Before embedding the watermarks considerations are given to see if a watermark can accurately recover signals especially after MP3 signal processing With the ana
9、lysis synthesis approach the decay rate is adjusted appropriately according to the characteristics of each audio signal segment This is done so that the embedded echoes have minimal impacts on the original audio signals Comparing to the conventional method the proposed method not only has a better a
10、udio quality but also is more robust to many attack operations such as noise addition re sample re quantization filter MP3 encoding decoding and so on Finally this paper makes a summarization and points out some prospects of the next step of the research work Key Words Information Hiding Echo Hiding
11、 MPEG Psycho acoustic Model Adaptive Analysis Synthesis 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 1 目录目录 摘要摘要 I ABSTRACT II 目录目录 III 第一章第一章 绪论绪论 1 1 1 信息隐藏概述信息隐藏概述 1 1 1 1 信息隐藏的概念 1 1 1 2 信息隐藏算法的评价标准 6 1 1 3 信息隐藏技术的发展现状及存在问题 8 1 2 主要的研究工作及内容安排主要的研究工作及内容安排 10 第二章第二章 基础理论知识基础理论知识 11 2 12 1 声音特性与听觉特性声音特性与听觉特性 11 2 1 1 声音的特征
12、11 2 1 2 人类听觉系统模型 11 2 2 倒谱分析倒谱分析 12 2 2 1 倒谱的概念 12 2 2 2 倒谱自相关 14 2 3 傅立叶变换与短时傅立叶变换傅立叶变换与短时傅立叶变换 15 第三章第三章 回声隐藏技术概述回声隐藏技术概述 16 3 1 回声隐藏的基本原理回声隐藏的基本原理 16 3 2 回声隐藏的嵌入方法回声隐藏的嵌入方法 18 3 3 回声隐藏的提取算法回声隐藏的提取算法 21 3 4 研究方向研究方向 21 3 5 经典回声隐藏算法的实现经典回声隐藏算法的实现 22 3 5 1 信息的嵌入 22 3 5 2 信息的提取 23 3 5 3 实验结果及分析 23 3
13、 63 6 本章小结本章小结 25 第四章第四章 基于心理声学模型的新型回声隐藏算法基于心理声学模型的新型回声隐藏算法 26 4 1 心理声学模型心理声学模型 26 4 1 1 帧的划分及绝对听力阈值 27 4 1 2 音频信号的临界频带及频谱分析 27 4 1 3 类噪声和类音调的判定及抽取 28 南京邮电大学硕士研究生学位论文 目录 1 4 1 4 掩蔽阈值的计算 32 4 2 KIM 的前后向回声算法的前后向回声算法 35 4 2 1 理论分析 35 4 2 2 实验结果及分析 36 4 3 功率倒谱检测法功率倒谱检测法 37 4 4 基于心理声学模型的新型回声隐藏算法基于心理声学模型的
14、新型回声隐藏算法 39 4 4 1 算法的基本思想 39 4 4 2 算法的流程 39 4 5 实验结果及分析实验结果及分析 41 4 6 本章小结本章小结 46 第五章第五章 基于合成分析的回声隐藏算法基于合成分析的回声隐藏算法 48 5 1 信息嵌入信息嵌入 48 5 2 信息提取信息提取 50 5 3 实验结果及分析实验结果及分析 51 5 4 本章小结本章小结 52 第六章第六章 结论与展望结论与展望 53 6 1 工作总结工作总结 53 6 2 研究展望研究展望 54 致谢致谢 55 参考文献参考文献 56 攻读硕士学位期间发表的论文攻读硕士学位期间发表的论文 59 南京邮电大学硕士
15、研究生学位论文 第一章 绪论 1 第一章第一章 绪论绪论 二十一世纪已经进入了数字化和信息化时代 随着计算机硬件 软件的迅猛发展 全球计算机互联网络的诞生与爆炸式成长 掀起了全球数字化的革命 当前许多传统的 媒体内容都在向数字化转变 并且在电子商务中将占据巨大的市场份额 如 MP3 的网上 销售 数字影院的大力推行 网上图片 电子书籍销售等等 在无线领域 随着移动网 络由第二代到第三代的演变 移动用户将能方便快速的访问因特网上的数字媒体内容 基于有线或无线网络的数字媒体内容的应用将是信息时代新的传统 但是利用公共网发 布和传输数字多媒体 其便利性和不安全性是并存的 通信双方相互传递的多媒体信息
16、 可以被第三方轻易地窃听 截获 毫无隐私性可言 数字多媒体作品可以被盗版者低成 本高速度的复制并传播 因此 数字媒体内容的安全问题成了瓶颈问题 一度制约着信 息化进程 如何既充分利用数字化信息和计算机网络的便利 又能有效安全地实现版权 保护和隐蔽通信 已受到人们的高度重视 1 2 就是在这样的时代背景之下 信息安全领 域的一项新技术 信息隐藏 Information Hiding 应运而生 并得到了迅速发展 1 1 信息隐藏概述信息隐藏概述 1 1 1 信息隐藏的概念 信息隐藏 Information Hiding 有时也称数据隐藏 Data Hiding 从广义上看 信 息隐藏有多重含义 3 一是信息不可见 二是信息的存在性掩蔽 三是信息的接收方和发 送方掩蔽 四是传输的信道掩蔽 信息隐藏就是将秘密信息隐藏于另一非保密载体中 以不引起检查者的注意 这里的载体可以是图像 视频 音频 也可以是信道 甚至是 某套编码体制或整个系统 信息之所以能够隐藏在多媒体数据中是因为 多媒体信息本身存在很大的冗余性 从信息论的角度看 未压缩的多媒体信息的编码效率是很低的 所以将这些秘密信息嵌 入到多媒体
