数字音频水印技术简介

    近年来，数字多媒体技术及互联网技术的迅猛发展使得图像、视频和音频等多种形式的多媒体数字作品的创作、存储和传输都变得极其便利。以MP3 为代表的网络音乐在互联网上广泛传播就是得益于数字音频压缩技术的成熟。但是，Internet上肆无忌惮的复制和传播盗版音乐制品，使得艺术作品的作者和发行者的利益受到极大损害。在这种背景下，能够有效地实行版权保护的数字水印（digital watermarking）技术应运而生。数字音频水
印系统的框架如图1 所示[1]。

                                  图 1 数字音频水印系统
    数字音频水印技术就是在不影响原始音频质量的条件下向其中嵌入具有特定意义且易于提取的信息的过程。根据应用目的不同，被嵌入的信息可以是版权标识符、作品序列号、文字（如艺术家和歌曲的名字），甚至是一个小的图像[2]或一小段音频[3]等。水印与原始音频数据紧密结合并隐藏在其中，通常是不可听到的，而且能够抵抗一般音频信号处理和盗版者的某些恶意攻击。

    理论上，一个成功的数字音频水印算法需要具备以下一些性质[4, 5]：1) 水印必须嵌入到宿主音频数据中，而不能存储于文件头或单独的文件，否则可以很轻易地被除去或改变。2) 水印不应对原始音频的声音质量产生可听到的失真，即应具有透明性。3) 水印必须具有一定的顽健性，能抵抗宿主音频信号上的压缩、滤波、重采样、重量化、剪切、加噪声等一般信号处理。4) 水印应易于提取，嵌入和检测的计算量要低，以方便其集成到一般电子产品中。5) 水印算法必须具备某种同步机制，以对抗时间域上的同步攻击。6) 原则上水印的检测不应需要原始音频，即实现盲检测，因为寻找原始音频是十分困难的。7) 水印算法应该公开，安全性最好依赖于密钥而不是算法的秘密性。设计一个音频水印系统使以上所有目标都达到最优很困难，有些性质如顽健性和透明性之间就是互相冲突的。水印系统试图平衡这些要求，尽量使每一个都得到足够的满足，而不显著地影响其它要求。

    与其它媒体上的水印应用类似，数字音频水印的应用主要有三个：版权保护、盗版跟踪和认证[6]，其中版权保护是最迫切和重要的。有的水印技术还可以通过嵌入顽健性水印和脆弱性水印来同时用于多种用途[3]。与数字图像和视频水印技术相比，数字音频水印技术面临着更大的挑战。一方面是因为人类听觉系统（HAS human auditory system）对随机噪声十分敏感，使可以嵌入的水印数据量非常有限；另一方面在互联网上可以自由得到众多的音频编辑工具对数字音频的结构进行修改，从而对水印的生存构成了巨大的威胁。