3、音频水印技术与人类听觉系统原理解析

音频水印技术与人类听觉系统原理解析

1. 音频水印技术在版权保护中的应用

1.1 计算复杂度

从技术角度看，音频水印系统的计算复杂度主要涉及两个方面：嵌入和检测的速度，以及嵌入器和检测器的数量，其中速度更为关键。评估速度的直观方法是分别测量嵌入和检测时间相对于宿主音频时长的比例。不同应用对速度的要求不同，在版权保护应用中，商业产品通常不太在意嵌入时间，但客户希望能尽快提取水印。

实际上，没有一个系统能完全满足所有要求，各项指标之间往往需要权衡。例如，音频水印系统通常只能在不可感知性和鲁棒性之间选择其一。为确保鲁棒性，可将水印嵌入感知重要区域或增强水印强度，但这可能导致宿主信号出现可感知的失真，违背了不可感知性原则。此外，不可感知性、鲁棒性和安全性之间也存在类似的权衡关系，且数据有效负载与这些特性密切相关，嵌入更多比特会使不可感知性变差，但鲁棒性增强。

1.2 音频水印技术的基准测试

随着音频水印技术的发展，有效且全面地对各种算法进行基准测试变得至关重要。由于合适的评估标准取决于具体应用，因此为所有数字水印系统开发通用基准既不实际也不准确。在版权保护应用中，不可感知性、鲁棒性和安全性是设计音频水印方案的关键原则，性能评估也主要围绕这三个方面展开。

1.3 性能评估

1.3.1 感知质量评估

对加水印音频文件的感知质量评估通常分为两类：通过人类声学感知进行的主观听力测试，以及通过感知建模或质量度量进行的客观评估测试。这两种方法对音频水印的感知质量评估都不可或缺。

主观听力测试中，要求不同背景的受试者辨别加水印和原始音频片段。常用的两种模式是 ABX