專利名稱：一種基于對(duì)數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實(shí)現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于對(duì)數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實(shí)現(xiàn)方法，采用本方法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點(diǎn)，還具有不可感知性好、魯棒性好、復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。
背景技術(shù)：
數(shù)字水印(Digital Watermarking)是利用人的知覺(jué)系統(tǒng)(如視覺(jué)或聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng))的冗余在圖像、音頻等載體 中嵌入一些標(biāo)識(shí)信息，但不影響原載體的使用價(jià)值。根據(jù)水印載體的不同，可將水印技術(shù)分為視頻水印、圖像水印、音頻水印等幾大類。目前視頻、圖像水印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，由于以下原因，音頻水印漸漸成為了水印研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)其一，音頻應(yīng)用廣泛，是人類交流的重要工具；其二，音頻中存在大量冗余，方便嵌入水印信息。但音頻水印有和圖像水印有很大區(qū)別，主要因?yàn)橐?、音頻是一維信號(hào)；二、人類的聽(tīng)覺(jué)系統(tǒng)要比人類的視覺(jué)系統(tǒng)靈敏得多，聽(tīng)覺(jué)上的不可感知性上實(shí)現(xiàn)起來(lái)要比視覺(jué)更困難；三、音頻數(shù)據(jù)量較大，且主要應(yīng)用于廣播、在線分發(fā)等環(huán)境，尋找原始音頻十分困難，所以原則上水印的檢測(cè)提取不應(yīng)需要原始音頻，即實(shí)現(xiàn)盲檢測(cè)。通常情況下，音頻水印應(yīng)該滿足以下幾個(gè)基本要求(I)不可感知性是指加入水印后影響原始音頻質(zhì)量的程度；(2)魯棒性是指添加了水印的音頻能夠抵抗各種攻擊的程度；(3)容量是指每秒嵌入到原始音頻的水印的數(shù)量；(4)復(fù)雜度是指算法的時(shí)間和空間復(fù)雜度。通常以上要求是相互矛盾的，因此我們往往根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要來(lái)選擇一個(gè)平衡。目前采用的音頻水印的方法之一是基于擴(kuò)頻的音頻水印。主要優(yōu)點(diǎn)是可使信號(hào)在低功率發(fā)射情況下提高抗干擾能力，隱蔽性高，即使幾個(gè)頻段的信號(hào)丟失，仍可恢復(fù)信號(hào)，并且保證只有已知擴(kuò)展函數(shù)的接收機(jī)才能檢測(cè)信號(hào)，可以實(shí)現(xiàn)盲檢測(cè)。主要缺點(diǎn)是占用太多頻譜，嵌入量?。幻z測(cè)前提是含水印的音頻信號(hào)與水印隨機(jī)信號(hào)之間必須達(dá)到完全同步。為得到較小的水印錯(cuò)誤提取率，水印長(zhǎng)度必須要足夠大，但這樣會(huì)增加檢測(cè)復(fù)雜度并增加時(shí)延。目前采用的音頻水印的方法之二是基于量化索引調(diào)制的音頻水印。主要優(yōu)點(diǎn)是具有算法簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低，嵌入的信息量大，容易實(shí)現(xiàn)盲提取，并且能夠不可感知性、在魯棒性、和容量之間達(dá)到平衡。主要缺點(diǎn)是對(duì)噪聲比較敏感，該算法使用固定的量化步長(zhǎng)，引入了較大的量化噪聲，因此對(duì)于量化噪聲引起的數(shù)據(jù)波動(dòng)而導(dǎo)致的提取誤碼較高。

發(fā)明內(nèi)容
目前，基于量化索引調(diào)制的音頻水印由于其在各個(gè)性能方面較優(yōu)越并能達(dá)到較好的平衡，得到廣泛關(guān)注和快速發(fā)展，但目前其量化過(guò)程都采取的是均勻量化、固定的量化步長(zhǎng)，雖然其很容易實(shí)現(xiàn)，但對(duì)噪聲敏感且其在魯棒性和不可感知性方面的性能不是足夠好。分析比較上面兩種水印算法，不難發(fā)現(xiàn)音頻水印矛盾在于既需要提高音頻水印的魯棒性，又需要提高音頻水印的不可感知性。為此，本研究從這兩方面考慮，提出了一種新的音頻水印算法，解決現(xiàn)有的算法在魯棒性和不可感知性方面的缺欠，以及克服復(fù)雜度高的困難，本發(fā)明有效的把向量范數(shù)的魯棒性和對(duì)數(shù)量化的不可感知性結(jié)合起來(lái)，通過(guò)mu-law壓擴(kuò)把分段的小波近似系數(shù)的向量范數(shù)轉(zhuǎn)換到變換域，然后嵌入擾亂的二進(jìn)制水印圖像，經(jīng)過(guò)水印攻擊后，提取出二進(jìn)制水印圖像。本發(fā)明提出的音頻水印算法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點(diǎn)，還具有不可感知性好、魯棒性好、復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。本發(fā)明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟步驟(I)在發(fā)射端，音頻水印的嵌入過(guò)程，步驟依次如下；步驟(I. I)對(duì)設(shè)定的原始音頻信號(hào)X = Ixi, I彡i彡L}進(jìn)行2級(jí)離散小波變換DWT，采用的小波基是Db4，其中L為原始音頻采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后得近似分量B = Ibi,I ( i < L/4}，把近似分量分成MXM個(gè)相互不重疊的幀Si, I < i ^ MXM, M是正整數(shù)，每幀3,的長(zhǎng)度是-=^^(4\1/\1/)」，這樣每幀隱藏I比特二進(jìn)制水印信息，其中二進(jìn)制水印圖像的大小是MXM ；步驟(1.2)根據(jù)公式Oi= ISiI I，S1 = GiUtj ,Uti = S1 / CT1，是個(gè) IXp 維向量，算出每巾貞Si 的向量范數(shù) O i，I < i < MXM,并讓 O max = max( o )，I < i < MXM ；步驟(I. 3)對(duì)每巾貞的向量范數(shù)O i做mu-law壓擴(kuò)，具體計(jì)算如下Ci = OiZofflax,入 i = In (1+U Ci)/In (1+U )，d =入 imod A ,A是預(yù)先設(shè)定的量化步長(zhǎng)，0 ^ A ^ I, u是mu-law壓擴(kuò)的參數(shù)，0 ^ U ^ 255 ；步驟(I. 4)利用二進(jìn)制水印圖像W = {wij; I ^ i ^ M, I ^ j ^ M}和混沛序列E = {et] , <M <]J <M，得到擾亂的水印圖像W = {WiJ, I彡i彡M，I彡j彡M}JV = JVeE， 是異或操作，W = Iwij., I彡i彡M，I彡j彡M}將被嵌入到原始音頻信號(hào)X中，i、j分別代表圖像矩陣的第i行，第j列，若w(i, j) = I,則按如下規(guī)則修改A j
權(quán)利要求
1.一種基于對(duì)數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實(shí)現(xiàn)方法，本發(fā)明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟 步驟(I)在發(fā)射端，音頻水印的嵌入過(guò)程，步驟依次如下； 步驟(1.1)對(duì)設(shè)定的原始音頻信號(hào)X= {Xi，l≤i≤L}進(jìn)行2級(jí)離散小波變換DWT,采用的小波基是Db4，其中L為原始音頻采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)，然后得近似分量B = {bi,1≤ i < L/4}，把近似分量分成MXM個(gè)相互不重疊的幀Si, 1≤ i ≤MXM, M是正整數(shù)，每幀3,的長(zhǎng)度是p=[L/(4×M×M)」，這樣每幀隱藏1比特二進(jìn)制水印信息，其中二進(jìn)制水印圖像的大小是MXM ； 步驟(1. 2)根據(jù)公式
全文摘要
一種基于對(duì)數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實(shí)現(xiàn)方法屬于音頻水印技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，充分利用向量范數(shù)的魯棒性和基于mu-law壓擴(kuò)的對(duì)數(shù)量化索引調(diào)制的不可感知性，并采用混沌序列加密水印圖像來(lái)提高水印的安全性和魯棒性，通過(guò)mu-law壓擴(kuò)把分段的小波近似分量的向量范數(shù)轉(zhuǎn)換到變換域，然后嵌入加密的二進(jìn)制水印圖像，經(jīng)過(guò)水印攻擊后，提取出二進(jìn)制水印圖像。本發(fā)明提出的音頻水印算法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點(diǎn)，還具有不可感知性好、魯棒性好、復(fù)雜度低的優(yōu)點(diǎn)，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。
文檔編號(hào)G10L19/00GK102664014SQ20121011425
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者張鵬, 徐淑正, 楊華中, 王新凱, 王鵬軍 申請(qǐng)人:清華大學(xué)