2.4 數(shù)字水印系統(tǒng)的基本框架

一個(gè)數(shù)字音頻水印系統(tǒng)一般包括4個(gè)基本方面：水印的生成、水印的嵌入、水印的傳輸和水印的提取或檢測(cè)[15]。數(shù)字音頻水印系統(tǒng)的基本框架如圖2-2所示。它可以定義為九元體（M，X，W，K，G，Em，At，D，Ex）：

（1）M代表所有可能原始信息m的集合。

（2）X代表所有保護(hù)的數(shù)字產(chǎn)品x的集合。

（3）W代表所有可能水印信息w的集合。

（4）K代表水印密鑰k的集合。

（5）G表示利用原始信息m、密鑰k和原始數(shù)字產(chǎn)品x共同生成的水印算法。即

G：M×X×K→W，w=G（m，x，k）

（6）Em表示水印w嵌入數(shù)字產(chǎn)品x中的嵌入算法，即

Em：X×W→X，xw=Em（x，w，k）

其中，xw表示含有水印的產(chǎn)品。為了提高安全性，有時(shí)在嵌入算法中包含嵌入密鑰。

（7）At表示對(duì)含水印產(chǎn)品xw的攻擊算法，即

At：X×K→X，x′=At（xw，k′）

其中，k′表示攻擊者偽造的密鑰；x′表示被攻擊后的含水印產(chǎn)品。

（8）Ex表示水印提取算法，即

Ex：X×K→W，w′=Ex（x′，k）

（9）D表示水印檢測(cè)算法，即

水印信息嵌入過程包括兩個(gè)基本步驟。首先，將原始水印信息m通過水印編碼器編碼，生成水印信息w；將載體音頻信號(hào)x進(jìn)行預(yù)處理（比如進(jìn)行小波變換，通過心理聲學(xué)模型選取合適的嵌入系數(shù)）。然后，通過嵌入算法Em將w隱藏在選擇好的載體系數(shù)中。嵌入算法必須滿足音頻的不可感知性。

在嵌入了水印編碼信號(hào)后，假設(shè)水印作品xw在傳輸過程中受到了某些攻擊，接收方最終獲得水印作品x′。這些攻擊包括：添加噪聲、壓縮和解壓縮、攻擊者的惡意破壞和刪除水印等。這些攻擊的前提是不能破壞音頻作品的不可感知性，否則攻擊能立刻被識(shí)別。

對(duì)于水印盲檢測(cè)器，水印提取時(shí)并不知道原始水印載體的具體形式，因此不能在解碼前從含水印的作品中直接減去它，只能從得到的水印作品中根據(jù)提取算法提取水印，然后檢測(cè)水印是否存在，如果存在則使用水印解碼器恢復(fù)水印信息。