專利名稱：一種魯棒數(shù)字音頻水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及魯棒數(shù)字音頻水印嵌入和提取方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和多媒體信息處理技術(shù)的發(fā)展，使得人們可以方便快捷地制作、編輯、復(fù)制和傳輸各種無失真的數(shù)字化產(chǎn)品，如數(shù)字化的圖像、視頻、音頻、軟件、圖形、動畫和文本等。這給人們帶來很大的便利，但是也同時帶來了許多嚴(yán)重的安全問題。比如，數(shù)字媒體產(chǎn)品的版權(quán)保護(hù)、軟件產(chǎn)品的盜版、數(shù)字文檔的非法拷貝、各種數(shù)字信息的篡改等等。音頻水印技術(shù)是面向音頻數(shù)據(jù)的水印技術(shù)，數(shù)字音頻是人們學(xué)習(xí)和娛樂中不可缺少的內(nèi)容，同樣面臨版權(quán)保護(hù)、認(rèn)證和完整性校驗(yàn)等問題，魯棒音頻水印主要用于數(shù)字音頻進(jìn)行版權(quán)保護(hù)，對該技術(shù)的研究正受到學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的廣泛關(guān)注。按照嵌入域進(jìn)行分類，魯棒水印算法主要分為時域、變換域和壓縮域算法。時域水印算法在時間域上將水印直接隱寫到數(shù)字音頻信號中，與變換域水印算法相比優(yōu)點(diǎn)是相對容易實(shí)現(xiàn)且需要較少的計(jì)算資源，缺點(diǎn)則是對一般信號處理如音頻壓縮和濾波等的抵抗能力較差。現(xiàn)有的音頻水印算法魯棒性強(qiáng)的大多采用變換域水印算法，尤其是在小波域進(jìn)行嵌入，但尚待改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供了一種魯棒性能較好的數(shù)字音頻水印嵌入和提取方法，選擇小波域?yàn)榍度胗?，然后對子帶系?shù)進(jìn)行適當(dāng)?shù)淖儞Q，分析變換域上的統(tǒng)計(jì)分布，最后根據(jù)相鄰幀信號的統(tǒng)計(jì)矩來進(jìn)行水印嵌入。算法實(shí)施簡單，復(fù)雜度低，對各種攻擊的魯棒性能較好，且感知透明性較高。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種魯棒數(shù)字音頻水印方法，包括水印嵌入步驟和水印提取步驟，所述水印嵌入步驟的實(shí)現(xiàn)方式為，首先對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的離散小波變換所得第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，分析點(diǎn)對點(diǎn)變換結(jié)果的概率分布，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，用統(tǒng)計(jì)矩的相對大小表征嵌入比特，并調(diào)整嵌入?yún)?shù)進(jìn)行水印嵌入，對嵌入水印的小波子帶系數(shù)進(jìn)行逆點(diǎn)對點(diǎn)變化和逆小波變換，還原得到嵌入水印信息的時域信號；所述水印提取步驟的實(shí)現(xiàn)方式為，首先對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的離散小波變換所得第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，分析點(diǎn)對點(diǎn)變換結(jié)果的概率分布，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，根據(jù)統(tǒng)計(jì)矩的相對大小提取水印。而且，所述水印嵌入步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟，步驟I. 1，設(shè)長度為L的音頻信號用X[i]表示，其中，I彡i彡L;對音頻信號X[i]進(jìn)行分幀處理，幀長為N，第n個幀信號用xn[j]表示，相鄰的下一個幀信號用xn+1[j]表示，其中，I ≤ j ≤ n,i</ <[z/a"J-i；步驟1.2，對相鄰幀信號\[」]和xn+1[j]進(jìn)行離散小波變換，分別提取第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)并用CHn[k]和CHn+1[k]表示，其中I≤j≤N，n=l,3, 5. . . , [//≤J-I,l^k^l,l為第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度；步驟I. 3，對相鄰幀信號xn[j]和xn+1[j]的第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)分別進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，包括將第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)CHn[k]、CHn+1[k]分別等分為三段，分別用CHXn[t]、CHYn [t]、CHZn [t]、CHXn+1 [t]、CHYn+1 [t]、CHZn+1 [t]表示，抽取每幀信號三段系數(shù)中分別的第t 個樣點(diǎn)組成新的樣本對(CHXn[t]，CHYn[t]，CHZn[t])，(CHXn+1 [t]，CHYn+1 [t]，CHZn+1 [t])，其中，n=l, 3，5. ,n<\_LlN\-\，I ≤ t ≤ m,m = [_(! >\ 為下取整操作為段長，I 為第一
級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度；CHXJl. . .m] =CHn[l. . . m]
CHYn[I. . . m] =CHn[m+1. . . 2m]CHZn[I. . . m] =CHn[2m+l. . . 3m]CHXn+1 [I m] =CHn+1 [I. . . m]CHYn+1 [I. m] =CHn+1 [m+1. . . 2m]CHZn+1 [I. m] =CHn+1 [2m+l. . . 3m]步驟I. 4，根據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)變換所得新的樣本對，分別計(jì)算樣本對中三個樣點(diǎn)相應(yīng)的平方和，然后取平方根值，結(jié)果用中間變量Rn(S)和Rn+1(s)表示，其中I彡s彡m，l彡t彡m，m為段長，n為幀數(shù)，t表示樣本對的索引值，s表示平方根值的索引值；
權(quán)利要求
1.一種魯棒數(shù)字音頻水印方法，其特征在于包括水印嵌入步驟和水印提取步驟， 所述水印嵌入步驟的實(shí)現(xiàn)方式為，首先對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的離散小波變換所得第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，分析點(diǎn)對點(diǎn)變換結(jié)果的概率分布，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，用統(tǒng)計(jì)矩的相對大小表征嵌入比特，并調(diào)整嵌入?yún)?shù)進(jìn)行水印嵌入，對嵌入水印的小波子帶系數(shù)進(jìn)行逆點(diǎn)對點(diǎn)變化和逆小波變換，還原得到嵌入水印信息的時域信號； 所述水印提取步驟的實(shí)現(xiàn)方式為，首先對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的離散小波變換所得第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，分析點(diǎn)對點(diǎn)變換結(jié)果的概率分布，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，根據(jù)統(tǒng)計(jì)矩的相對大小提取水印。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述魯棒數(shù)字音頻水印方法，其特征在于所述水印嵌入步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟， 步驟I. 1，設(shè)長度為L的音頻信號用X[i]表示，其中，I;對音頻信號X[i]進(jìn)行分幀處理，幀長為N，第n個幀信號用xn[j]表示，相鄰的下一個幀信號用xn+1[j]表示，其中，j < N,l</ <[Z/iVj-l; 步驟I. 2，對相鄰幀信號xn[j]和xn+1[j]進(jìn)行離散小波變換，分別提取第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)并用 CHn[k]和 CHn+1[k]表示，其中 I 彡 j 彡 N，n=l, 3，5. . . ,//< [//ArJ -1，I 彡 k 彡 1，I為第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度； 步驟I. 3，對相鄰幀信號xn[j]和xn+1[j]的第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)分別進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，包括將第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)CHn[k]、CHn+1[k]分別等分為三段，分別用CHXn[t]、CHYn[t]、CHZn[t]、CHXn+1[t]、CHYn+1[t]、CHZn+1[t]表示，抽取每幀信號三段系數(shù)中分別的第t個樣點(diǎn)組成新的樣本對(CHXn [t]，CHYn [t]，CHZn [t])，(CHXn+1 [t]，CHYn+1 [t]，CHZn+1 [t])，其中，n=l, 3，5…1，I"/ = p/3」，L.J為下取整操作，m為段長，I為第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度； CHXJl. . .m] =CHJl. m] CHYn[I. . .m] =CHJm+1. . . 2m] CHZn[I. . .m]=CHn[2m+l. . . 3m] CHXn+1[l. . .m]=CHn+1[l. . .m] CHYn+1 [I. m] =CHn+1 [m+1. . . 2m] CHZn+1 [I. m] =CHn+1 [2m+l. . . 3m] 步驟I. 4，根據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)變換所得新的樣本對，分別計(jì)算樣本對中三個樣點(diǎn)相應(yīng)的平方和，然后取平方根值，結(jié)果用中間變量Rn(S)和Rn+1(s)表示，其中l(wèi)<s<m，Kt<m，m為段長，n為幀數(shù)，t表示樣本對的索引值，s表示平方根值的索引值；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述魯棒數(shù)字音頻水印方法，其特征在于所述水印提取步驟的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟， 步驟2. 1，設(shè)長度為L的音頻信號用X[i]表示，其中，I < i < L ;首先對音頻信號X[i]進(jìn)行分幀處理，幀長為N，第n個幀信號用xn[j]表示，相鄰的下一個幀信號用xn+1[j]表示，其中，I ( j ( N,l</7<[Z/y^J-l； 步驟2.2，對相鄰幀信號\[」]和xn+1[j]進(jìn)行離散小波變換，分別提取第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)，用 CHn[k]和 CHn+1[k]表示，其中 I 彡 j 彡 N，n=l，3，5.,1 彡 k 彡 1，I為第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度； 步驟2.3，對相鄰幀信號\[」]和xn+1[j]的第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)分別進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，包括將第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)等分為三段，分別用CHXn[t]、CHYn[t]、CHZn[t]、CHXn+1[t]、CHYn+1[t]、CHZn+1[t]表示，抽取每幀信號三段系數(shù)中分別的第t個樣點(diǎn)組成新的樣本對(CHXn[t]，CHYn[t]，CHZn[t])，(CHXn+1[t]，CHYn+1[t]，CHZn+1[t])，其中，n=l，3，5.，//<[Z/ArJ-I11彡t彡m,// = [f/3j ,卜」為下取整操作，m為段長，I為第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長度；CHXn[I. . .m]=CHn[l. . .m] CHYn[I. . .m] =CHn[m+1. . . 2m] CHZn[I. . .m]=CHn[2m+l. . . 3m] CHXn+1[l. . .m]=CHn+1[l. . .m] CHYn+1 [I. m] =CHn+1 [m+1. . . 2m] CHZn+1 [I. m] =CHn+1 [2m+l. . . 3m] 步驟2. 4，根據(jù)點(diǎn)對點(diǎn)變換所得新的樣本對，分別計(jì)算樣本對中三個樣點(diǎn)相應(yīng)的平方和，然后取平方根植，結(jié)果用中間變量Rn(S)和Rn+1(s)表示，其中l(wèi)<s<m，Kt<m，m為段長，n為幀數(shù)，t表示樣本對的索引值，s表示平方根值的索引值；；
全文摘要
本發(fā)明公開了一種魯棒數(shù)字音頻水印方法，包含水印嵌入和提取兩個部分，在水印嵌入部分中，對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，用統(tǒng)計(jì)矩的相對大小表征嵌入比特，并調(diào)整嵌入?yún)?shù)進(jìn)行水印嵌入，還原得到嵌入水印信息的時域信號。在水印的提取部分，首先對音頻信號進(jìn)行分幀處理，對每幀信號進(jìn)行離散小波變換，然后對相鄰兩幀信號的第一級細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行點(diǎn)對點(diǎn)變換，計(jì)算相應(yīng)概率分布的統(tǒng)計(jì)矩，根據(jù)統(tǒng)計(jì)矩的相對大小提取水印。本發(fā)明針對信號處理攻擊以及測評工具的魯棒性能均較好。本發(fā)明對數(shù)字音頻的版權(quán)保護(hù)具有較高的應(yīng)用價值。
文檔編號G10L19/00GK102708869SQ20121017247
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月30日
發(fā)明者李彩容, 涂衛(wèi)平, 胡瑞敏 申請人:武漢大學(xué)