【语音隐写】小波变换DWT结合离散余弦变换DCT盲音频水印(含Arnold 变换和ECC)【含Matlab源码 14360期】

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⛄一、小波变换DWT结合离散余弦变换DCT盲音频水印

1 小波变换(DWT)与离散余弦变换(DCT)结合的盲音频水印原理

频域特性互补
DWT通过多分辨率分解捕捉音频信号的局部时频特征,DCT则擅长提取信号的整体能量分布。两者结合可兼顾水印的鲁棒性和不可感知性。

能量集中区域嵌入
DWT分解后的低频子带(如LL)携带主要信号能量,DCT进一步对子带系数处理,选择中频系数(兼顾鲁棒性和听觉掩蔽)嵌入水印。

盲提取机制
水印嵌入时通过量化或调制特定系数实现,提取时仅需知道密钥和嵌入规则,无需原始音频信号参与。


2 具体实现流程

预处理阶段

  1. 水印信息编码:二值图像水印需进行Arnold置乱加密,增强安全性。
  2. 音频分帧:将音频信号分段处理,每帧长度通常为2^N(如1024点),满足DWT分解需求。

双变换域嵌入

  1. DWT分解:对每帧音频进行3-4层分解,提取低频子带LL3/LL4。
  2. DCT转换:对LL子带执行DCT,得到系数矩阵 C ( u , v ) C(u,v) C(u,v)
  3. 系数选择:选取中频区域系数(如 10 ≤ u , v ≤ 30 10 \leq u,v \leq 30 10u,v30)避免高频易损和低频感知敏感。
  4. 量化调制:按公式 C w ( u , v ) = C ( u , v ) + α ⋅ W ( k ) C_w(u,v) = C(u,v) + \alpha \cdot W(k) Cw(u,v)=C(u,v)+αW(k)嵌入水印, α \alpha α为强度因子, W ( k ) W(k) W(k)为水印序列。

重构与逆变换

  1. IDCT处理:将修改后的DCT系数逆变换回时域子带。
  2. IDWT合成:重构音频帧并叠加,需注意帧间重叠避免边界失真。

3 盲提取流程

同步检测

  1. 分帧与DWT:对待检测音频按相同参数分帧并分解至LL子带。
  2. DCT系数提取:对LL子带执行DCT,定位嵌入区系数 C ′ ( u , v ) C'(u,v) C(u,v)

水印解码

  1. 量化判决:根据嵌入规则提取比特,如比较系数与量化步长的奇偶性:
    W ′ ( k ) = { 1 if  ⌊ C ′ ( u , v ) / Δ ⌋ m o d    2 = 1 0 otherwise W'(k) = \begin{cases} 1 & \text{if } \lfloor C'(u,v)/\Delta \rfloor \mod 2 = 1 \\ 0 & \text{otherwise} \end{cases} W(k)={10if C(u,v)mod2=1otherwise
  2. 解密与重构:对提取的序列进行Arnold逆变换,恢复水印图像。

4 关键参数设计

DWT选择
常用Daubechies(db4)或Symlet小波,分解层数影响鲁棒性——层数过高导致计算量增加,过低则频带分辨率不足。

嵌入强度 α \alpha α
通过信噪比(SNR)和听觉阈值调整,通常控制在35-50dB范围内保证不可听性。

区域选择
实验表明DCT中频区(5%-30%总系数)对MP3压缩、重采样等攻击具有最佳抵抗性。

⛄二、部分源代码

⛄三、运行结果

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⛄四、matlab版本及参考文献

1 matlab版本
2014a

2 参考文献
[1]韩纪庆,张磊,郑铁然.语音信号处理(第3版)[M].清华大学出版社,2019.
[2]柳若边.深度学习:语音识别技术实践[M].清华大学出版社,2019.

3 备注
简介此部分摘自互联网,仅供参考,若侵权,联系删除

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