專利名稱：一種在音頻信號(hào)中嵌入及提取數(shù)字水印的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息隱藏領(lǐng)域，具體涉及一種在音頻信號(hào)中嵌入及提取數(shù)字水印的方 法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像、音頻和視頻等多媒體數(shù)字產(chǎn)品愈 來愈需要一種有效的版權(quán)保護(hù)方法，另外通信系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的信息安全問題也日益暴 露出來。數(shù)字水印技術(shù)為上述問題提供了一個(gè)有效的解決方案。回聲隱藏通過在原始聲音中引入不可感知的回聲，以達(dá)到信息隱藏的目的。與其 它音頻信息隱藏方法相比，回聲隱藏具有如下優(yōu)點(diǎn)隱藏算法簡(jiǎn)單，算法不產(chǎn)生噪聲、隱藏 效果好，并且有時(shí)由于回聲的引入，使聲音聽起來更加渾厚，對(duì)同步的要求不高，算法本身 甚至可以做粗同步的工具。提取隱藏信息時(shí)不需要原始音頻序列，實(shí)現(xiàn)盲檢測(cè)。分析近年來針對(duì)回聲隱藏的研究進(jìn)展，其嵌入算法的研究大部分集中在對(duì)“核” 的改造上，出現(xiàn)了基于雙極性回聲核、雙向回聲核等嵌入算法，這類算法均在時(shí)域上完成嵌 入，其復(fù)雜度較高。Jae-Won Cho提出了在小波子帶域進(jìn)行回聲嵌入，但是小波分解未能有 效刻畫心理聲學(xué)模型的聽覺感知特性，同時(shí)其回聲強(qiáng)度并未做到幀級(jí)的自適應(yīng)，其隱寫后 的信號(hào)客觀質(zhì)量SNR不是很理想。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的難題，提供一種針對(duì)音頻載體的自 適應(yīng)回聲數(shù)字水印方法，在小波包子帶域，對(duì)每個(gè)小波包子帶自適應(yīng)選擇回聲強(qiáng)度，并完成 水印嵌入。本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的—種在音頻信號(hào)中嵌入及提取數(shù)字水印的方法，其特征在于，所述方法包括(1)數(shù)字水印嵌入部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行小 波包分解得到小波包子帶信號(hào)，計(jì)算所述小波包子帶信號(hào)的掩蔽閾值，最后，在小波包子帶 中，在不同的節(jié)點(diǎn)處引入不同的嵌入回聲延遲，同時(shí)結(jié)合小波包子帶的掩蔽閾值確定嵌入 回聲的強(qiáng)度，完成對(duì)小波包子帶信號(hào)的水印嵌入；最后對(duì)嵌入水印后的小波包子帶信號(hào)進(jìn) 行逆小波包重構(gòu)，還原得到時(shí)域音頻信號(hào)；(2)數(shù)字水印提取部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行小 波包分解得到小波包子帶信號(hào)，接著計(jì)算每一個(gè)小波包子帶信號(hào)的功率倒譜值，最后根據(jù) 功率倒譜值的峰值出現(xiàn)的位置提取水印。其中，所述數(shù)字水印嵌入部分包括以下步驟(1)設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的音頻信號(hào)用x[i]表示，其中，1 ^ i ^lo首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行 分幀處理，幀長(zhǎng)為N，每幀信號(hào)用表示，其中，1彡i^N,\<n<[L/Nj；(2)對(duì)每幀信號(hào)^[i]進(jìn)行8級(jí)小波包分解得到小波樹。取其中的四個(gè)小波包子
5帶信號(hào)，即節(jié)點(diǎn) C(i) = {[8,0], [8,1], [8,2], [8,3], [8,4], [8,5], [7,3], [7,4], [7,5], [7,6], [7,7], [6,4], [6,5], [6,6], [6,7], [6,8], [6,9], [5,5], [5,6], [5,7], [5,8], [5， 9]，[4,5], [4,6], [4,7], [3,4], [3,5], [3,6], [3，7]}，其中 1 彡 i 彡 29 ；結(jié)合心理聲學(xué)模 型計(jì)算四個(gè)小波包子帶的掩蔽閾值，即t" i，其中1 < i <四；因?yàn)橐纛l信號(hào)的頻率范圍 在20Hz 20kHz，在這一頻率范圍內(nèi)有沈個(gè)臨界頻帶。采用小波包變換對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行處 理，對(duì)頻帶的劃分接近臨界頻帶，將音頻信號(hào)進(jìn)行8級(jí)小波包分解后，可將信號(hào)的頻帶劃分 為四個(gè)非等寬小波包子帶。本發(fā)明在這一步驟中選擇這四個(gè)小波包子帶進(jìn)行掩蔽閾值的 計(jì)算。(3)計(jì)算嵌入回聲的強(qiáng)度α i ；(4)設(shè)嵌入的數(shù)字水印用w[i]表示，數(shù)字水印的長(zhǎng)度為信號(hào)的幀數(shù)，即 li、[//iV」;選取步驟⑵中的12個(gè)小波包子帶進(jìn)行水印嵌入；這里是從信號(hào)的中低頻小 波包子帶中選擇12個(gè)小波包子帶，在這些小波包子帶中進(jìn)行嵌入對(duì)信號(hào)的失真較小且魯 棒性較高。如果選取其他小波包子帶進(jìn)行嵌入，也可以完成水印的嵌入，但是嵌入后的性能 要差一些，例如信號(hào)失真較大和抗攻擊能力較差。(5)對(duì)嵌入水印后的小波包子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波包重構(gòu)，得到時(shí)域信號(hào)。所述步驟O)的計(jì)算步驟如下①設(shè)小波包子帶用Ci [η]表示，其中1彡i彡四，1彡η彡M，M為第i個(gè)小波包子 帶中小波系數(shù)的個(gè)數(shù)；計(jì)算小波包子帶的Bark能量譜Bi, 1 < i < 29，具體計(jì)算如下
權(quán)利要求
1.一種在音頻信號(hào)中嵌入及提取數(shù)字水印的方法，其特征在于，所述方法包括(1)數(shù)字水印嵌入部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行小波包 分解得到小波包子帶信號(hào)，計(jì)算所述小波包子帶信號(hào)的掩蔽閾值，最后，在小波包子帶中， 在不同的節(jié)點(diǎn)處引入不同的嵌入回聲延遲，同時(shí)結(jié)合小波包子帶的掩蔽閾值確定嵌入回聲 的強(qiáng)度，完成對(duì)小波包子帶信號(hào)的水印嵌入；最后對(duì)嵌入水印后的小波包子帶信號(hào)進(jìn)行逆 小波包重構(gòu)，還原得到時(shí)域音頻信號(hào)；(2)數(shù)字水印提取部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行小波包 分解得到小波包子帶信號(hào)，接著計(jì)算每一個(gè)小波包子帶信號(hào)的功率倒譜值，最后根據(jù)功率 倒譜值的峰值出現(xiàn)的位置提取水印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字水印嵌入部分包括以下步驟(1)設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的音頻信號(hào)用x[i]表示，其中，1^首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分中貞 處理，幀長(zhǎng)為N，每幀信號(hào)用表示，其中，1彡i^^,l<n<[L/Nj；(2)對(duì)每幀信號(hào)^[i]進(jìn)行8級(jí)小波包分解得到小波樹。取其中的四個(gè)小波包子帶信 號(hào)，即節(jié)點(diǎn) C(i) = {[8,0], [8,1], [8,2], [8,3], [8,4], [8,5], [7,3], [7,4], [7,5], [7， 6]， [7,7], [6,4], [6,5], [6,6], [6,7], [6,8], [6,9], [5,5], [5,6], [5,7], [5,8], [5,9], [4，5]，W，6]，W，7]，[3，4]，[3，5]，[3，6]，[3，7]}，其中 1 ^ i ^ 29 ；結(jié)合心理聲學(xué)模型計(jì) 算29個(gè)小波包子帶的掩蔽閾值，即T〃 i，其中1彡i彡四；(3)計(jì)算嵌入回聲的強(qiáng)度αi ；(4)設(shè)嵌入的數(shù)字水印用w[i]表示，數(shù)字水印的長(zhǎng)度為信號(hào)的幀數(shù)，即iy<"iV」；選 取步驟O)中的12個(gè)小波包子帶信號(hào)進(jìn)行水印嵌入；(5)對(duì)嵌入水印后的小波包子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波包重構(gòu)，得到時(shí)域信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述步驟O)的計(jì)算步驟如下
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(3)的計(jì)算公式如下 fT"\α, =IoglO 丄，1<ζ·<29?！?& 20 KliyjJ
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟(4)中選取步驟O)中的12個(gè) 小波包子帶分別為 Ci = {[5，5]，[5，6]，[5，7]，[5，8]，[5，9]，[4，5]，[4，6]，[4，7], [3,4], [3,5], [3,6], [3,7]}；水印嵌入的計(jì)算如下C (n) = Ic' (”) + 叫‘(“一《)若州⑴=1 ‘+ OciCi (n-d2)若w(,·) = 0根據(jù)嵌入的節(jié)點(diǎn)不同選擇不同的回聲延遲，即在節(jié)點(diǎn)[5，5]，[5,6], [5,7], [5,8], [5， 9]處，回聲延遲20彡屯，40，在節(jié)點(diǎn)[4,5], [4,6], [4,7]處，回聲延遲20彡屯，d2彡80， 在節(jié)點(diǎn)[3，4]，[3,5], [3,6], [3,7]處，回聲延遲20彡屯，d2彡120 ；在相應(yīng)的回聲延遲范 圍內(nèi)，隨機(jī)選擇一個(gè)值作為該節(jié)點(diǎn)的回聲延遲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述數(shù)字水印提取部分包括(1)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行8級(jí)小波包分解，提取節(jié)點(diǎn)[5，5]，[5，6]，[5，7]，[5，8]，[5，9]，[4， 5]，[4，6]，[4，7]，[3，4]，[3，5]，[3，6]，[3，7]處的小波包子帶系數(shù)，用 Ci 表示，1 彡 i 彡 12 ；(2)分別對(duì)每一小波包子帶計(jì)算其功率倒譜，Ei = {IFFTtloglFFT^) |2]}2(3)取每個(gè)小波包子帶中回聲延遲d”(12處的功率倒譜值，若該點(diǎn)值大于左右10個(gè)點(diǎn) 的功率倒譜值，則可提取該回聲延遲處的水印信息為0或1，否則提取失敗。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種在音頻信號(hào)中嵌入及提取數(shù)字水印的方法，屬于信息隱藏領(lǐng)域。本發(fā)明包括數(shù)字水印嵌入部分和數(shù)字水印提取兩部分，數(shù)字水印嵌入部分先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀進(jìn)行小波包分解，計(jì)算小波包子帶掩蔽閾值及相應(yīng)小波包子帶的水印強(qiáng)度，選擇合適的回聲延遲完成水印嵌入，最后進(jìn)行逆小波包分解，還原得時(shí)域音頻信號(hào)；數(shù)字水印提取部分先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，然后對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行小波包分解，計(jì)算小波包子帶系數(shù)的功率倒譜，根據(jù)峰值出現(xiàn)位置提取水印。本發(fā)明選擇在小波包子帶進(jìn)行嵌入，對(duì)攻擊的魯棒性更高，同時(shí)回聲強(qiáng)度隨小波包子帶自適應(yīng)調(diào)整，嵌入水印后，信號(hào)的感知失真更小，因此適合于對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。
文檔編號(hào)G10L19/02GK102142255SQ201010221078
公開日2011年8月3日 申請(qǐng)日期2010年7月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月8日
發(fā)明者李維奇, 艾浩軍 申請(qǐng)人:北京三信時(shí)代信息公司