【摘 要】
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互联网和多媒体技术的快速发展使得存储、传播和复制音频文件更加容易和便捷,但同时也带来了侵犯版权和音频信息被篡改等问题。音频水印技术是解决侵权行为和信息被篡改问题的有效技术手段。音频水印技术利用音频信号自身的冗余特性和人类听觉系统的掩蔽效应,在不影响音频信号感知质量的前提下,将水印图像嵌入到载体音频中,以达到对音频版权的保护和信息完整性鉴定的目的。音频水印算法中水印的嵌入位置和嵌入强度对水印算法的不
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互联网和多媒体技术的快速发展使得存储、传播和复制音频文件更加容易和便捷,但同时也带来了侵犯版权和音频信息被篡改等问题。音频水印技术是解决侵权行为和信息被篡改问题的有效技术手段。音频水印技术利用音频信号自身的冗余特性和人类听觉系统的掩蔽效应,在不影响音频信号感知质量的前提下,将水印图像嵌入到载体音频中,以达到对音频版权的保护和信息完整性鉴定的目的。音频水印算法中水印的嵌入位置和嵌入强度对水印算法的不可感知性、鲁棒性和嵌入容量有重要影响。为了更好的提升音频水印算法的性能,本文基于两级奇异值分解和灰狼优化对水印嵌入位置和嵌入强度展开研究,具体工作如下:（1）针对水印图像在载体音频中的嵌入位置,本文提出一种基于离散小波变换（Discrete wavelet transform,DWT）和两级奇异值分解（Singular value decomposition,SVD）的灰度图像音频水印算法。该算法首先对载体音频分帧,然后对每一帧应用DWT并选择低频分量。对低频分量应用SVD获得奇异值,将每一帧的最大奇异值组合成一个新的矩阵并对其应用第二次SVD,将水印图像经两级SVD后的奇异值嵌入到新矩阵的奇异值中。将水印图像嵌入到载体音频两级SVD后的奇异值中,提升了算法的嵌入容量和鲁棒性。为了保护水印图像的信息安全,采用基于相位截断菲涅尔变换的光学非对称加密系统对灰度水印图像进行加密预处理。实验结果表明提出的算法在满足不可感知性和鲁棒性的同时,提升了水印算法的嵌入容量。此外,本文算法还可以采用矢量分解、完全三叉树等光学图像加密方法将彩色图像加密成一幅灰度图像,进而实现彩色图像音频水印算法。（2）针对水印嵌入强度的问题,提出一种基于两级SVD和灰狼优化（GWO）的灰度图像音频水印算法。本文考虑不可感知性、鲁棒性和嵌入容量,提出一个新的目标函数并采用GWO优化该目标函数。与其他目标函数的比较结果表明,该目标函数在保证高嵌入容量的前提下,可以更好的平衡不可感知性和鲁棒性。（3）针对嵌入水印形式单一的问题,本文提出一种基于模糊C均值（Fuzzy c-means,FCM）聚类和GWO的音频双水印算法。该方法首先采用FCM算法对载体音频每一帧的短时能量聚类,将载体音频分为适合嵌入水印的高能量帧和不适合嵌入水印的低能量帧。对每一个高能量帧应用DWT,然后采用不同的嵌入方法将加密后的灰度水印和二值水印分别嵌入到低频分量和高频分量中。通过GWO对提出的目标函数进行优化,获得两个最佳水印嵌入强度,实验结果表明,本文提出的算法可以实现在音频中嵌入双水印（灰度和二值）,并同时满足强鲁棒性和不可感知性的要求。
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