一種用音樂傳輸隱藏信息的方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種用音樂傳輸隱藏信息的方法及裝置，該方法利用人耳聽覺的掩蔽效應將信息隱藏在音樂中進行傳輸，能使傳輸的音頻更悅耳動聽，并且具有更高的安全性。本發(fā)明同時還提供了實現上述方法的裝置，包括發(fā)送端和接收端兩部分，其中發(fā)送端由發(fā)送端存儲器、輸入模塊、調制器、混音模塊和播放模塊共同構成，接收端由接收模塊、同步模塊、解調器和接收端存儲器共同構成。本發(fā)明可以用于移動數據共享、無線裝置的初始配置、智能玩具的控制等場合。
【專利說明】一種用音樂傳輸隱藏信息的方法及裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數字信號處理領域，特別是一種用音樂傳輸隱藏信息的方法及裝置。

【背景技術】
[0002] 使用音頻來傳輸信息是近年來出現的一種新的無線數據傳輸技術，發(fā)送端將要傳 輸的信息調制到音頻上并用喇叭進行播放，接收端使用麥克風接收音頻信號并解調出發(fā)送 端發(fā)送的信息。目前該技術的主要應用場合包括：（1)移動數據共享。利用音頻無線信息傳 輸技術可以方便地在移動設備之間共享圖片、文本、視頻等數據，例如美國AnimalSystems 公司推出的產品Chirp，可以將攝像頭拍的照片、文本信息以及網址鏈接等信息上傳到服務 器上進行編碼并生成應用能識別的專屬地址以及音頻信息，然后通過iPhone的揚聲器播 放這段信息，如果其他iPhone也安裝了Chirp并打開，則能自動接收解碼該音頻信息，并從 服務器上下載相應的數據。（2)無輸入設備的無線裝置初始配置。在無線網絡中，一些無輸 入設備的裝置（如無線路由器等）的初始配置較為麻煩，通常需要通過有線連接到計算機 來完成。音頻無線信息傳輸技術可以使得這些配置能通過手機等無線設備來完成。（3)智 能玩具的控制。通過音頻無線信息傳輸技術，可以使用手機等無線設備來對智能玩具進行 設置和控制，方便使用的同時也增加了玩具的樂趣。與WiFi、藍牙、移動通信等常用的無線 技術相比，音頻無線信息傳輸技術的優(yōu)點在于：（1)方便近距離移動數據的共享，例如需要 向周圍用戶廣播數據時，無需登陸網絡（如WiFi)、逐個配對傳輸（如藍牙）以及群發(fā)短信 (如移動通信）。（2)無需預先配置即可傳輸數據，可以用于無線路由器等其他無線設備的 初始配置。（3)所需要麥克風和喇叭硬件成本低，且是手機等多種移動設備的標配。但現 有的音頻無線信息傳輸技術將信息直接調制到聲波上進行播放，存在著以下不足：（1)聲 音不夠悅耳。例如，Chirp調制后的音頻包含了 20個字符，形成從1760Hz到10548Hz之間 的20個不同頻率正弦波，聽起來如無規(guī)律的鳥鳴聲。（2)安全性不強。例如，按Chirp的 調制方式，根據調制后音頻的聲調人們可以無需特殊的設備即能較容易地猜測出發(fā)送的內 容，傳輸密碼等保密信息時風險較大。


【發(fā)明內容】

[0003] 針對現有的音頻無線信息傳輸技術聲音不夠悅耳、安全性不高的不足，本發(fā)明提 供了一種用音樂傳輸隱藏信息的方法，該方法利用人耳聽覺的掩蔽效應將信息隱藏在音樂 中進行傳輸，能使傳輸的音頻更悅耳動聽，并且具有更高的安全性。本發(fā)明同時還提供了實 現上述方法的裝置。本發(fā)明可以用于移動數據共享、無線裝置的初始配置、智能玩具的控制 等場合。
[0004] 本發(fā)明提供的數字音樂傳隱藏信息方法，其步驟如下：
[0005] 步驟1:選定一段音樂信號，對該音樂信號進行分幀并計算每幀的聽覺掩蔽曲線， 選取每幀音樂中被掩蔽的頻率分量作為可插入信號的頻率，記錄可插入信號的幀號、頻率 以及對應該頻率的掩蔽門限。
[0006] 步驟2 :發(fā)送端傳輸信息時，在音樂信號前插入同步信號，并按步驟1中記錄的可 插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，將需發(fā)送的信息調制到可插入信號的 頻率上，然后與音頻信號相加，播放經過上述處理后的音樂信號。
[0007] 步驟3 :接收端接收信息時，首先檢測同步信號，確定音樂信號起始位置，然后按 步驟1記錄的可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，解調出步驟2在音樂中 插入的信息。
[0008] 進一步地，上述步驟1中可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，用 以下方法獲?。?br> [0009] 步驟I. 1 :求出每幀音樂信號中被掩蔽的頻率范圍。
[0010] 步驟1. 2 :將被掩蔽且掩蔽門限大于預設值的頻率范圍劃分為若干可用的頻帶， 將其中心頻率作為可插入信號的的頻率，其頻帶范圍內最小的掩蔽門限作為該可插入信號 的頻率的掩蔽門限。
[0011] 步驟1. 3:如某一幀具有一個或一個以上的可插入信號的頻率，則記錄該幀的幀 號、該幀可插入信號的頻率以及對應該頻率的掩蔽門限。
[0012] 進一步地，上述步驟2中，發(fā)送端采用以下步驟在音樂中插入需發(fā)送的信息：
[0013] 步驟2. 1 :將需發(fā)送的信息用二進制表示。
[0014] 步驟2. 2:在每幀的每個可插入信號的頻率上采用調幅、調頻或調相的方式插入 一位二進制信息，調制幅度小于掩蔽門限。
[0015] 進一步地，上述步驟3中，接收端采用以下步驟對發(fā)送端的信息進行解調：
[0016]步驟3. 1 :以同步后的音樂起始點為起點，對音樂進行分幀。
[0017] 步驟3. 2:根據幀號，找出步驟1記錄的該幀可插入信號的頻率以及對應該頻率的 掩蔽門限。
[0018] 步驟3. 3:對音樂信號中步驟3. 2中找到的每個可插入信號的頻率進行檢測，解調 出該頻率的包含的一比特信息。
[0019] 步驟3. 4:將每幀音樂信號中解調出來的所有比特信息進行合并，得到成完整的 信息。
[0020] 本發(fā)明提供的用音樂傳輸隱藏信息的裝置，包括發(fā)送端和接收端兩部分，其中發(fā) 送端由發(fā)送端存儲器、輸入模塊、調制器、混音模塊和播放模塊共同構成，混音模塊與發(fā)送 端存儲器、調制器和播放模塊連接，發(fā)送端存儲器與調制器連接，輸入模塊與調制器連接， 輸入模塊用于輸入需發(fā)送的信息，發(fā)送端存儲器用于存儲音樂及與該音樂對應的可插入信 號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限的信息，調制器用于將待發(fā)送信息調制到可插 入信號的頻率上，混音模塊將調制后的待發(fā)送信息與音樂進行疊加混合，播放模塊用于播 放帶有隱藏信息的音樂信號。接收端由接收模塊、同步模塊、解調器和接收端存儲器共同構 成，其中接收模塊、同步模塊、解調器順次連接，接收端存儲器與解調模塊連接，接收模塊用 于接收音樂信號，同步模塊實現解調器與音樂的同步，解調器用于解調出調制在可插入信 號的頻率上的信息，接收端存儲器用于存儲與音樂對應的可插入信號的幀號、頻率以及對 應該頻率的掩蔽門限的信息。
[0021] 與現有技術相比，本發(fā)明的有益之處在于：
[0022] (1)聲音更悅耳。本發(fā)明播放的音頻信息是一段音樂，比現有技術（如Chirp等的 無規(guī)則鳥鳴聲）更富變化，且更悅耳動聽。
[0023] (2)安全性高。在本發(fā)明中，需傳輸的信息隱藏在音樂聲中，不易被人耳所察覺，因 此無相應的設備無法獲得傳輸的內容，具有更高的安全性。
[0024] (3)使用方便，硬件成本低。本發(fā)明使用的麥克風和喇叭硬件成本低，且是手機 等多種移動設備的標配，使用方便，無需預先配置，可以很容易地實現近距離移動數據的共 享。
[0025] 說明書附圖
[0026] 圖1為本發(fā)明實施例發(fā)送端的結構框圖。
[0027] 圖2為本發(fā)明實施例接收端的結構框圖。
[0028] 圖3為本發(fā)明實施例的主流程圖。
[0029] 圖4為本發(fā)明實施例中獲取可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限 的流程圖。
[0030] 圖5為本發(fā)明實施例中發(fā)送端在音樂中插入需發(fā)送的信息的流程圖。
[0031] 圖6為本發(fā)明實施例中接收端對發(fā)送端的信息進行解調的流程圖。

【具體實施方式】
[0032] 下面結合附圖和實施例對本發(fā)明的具體實施步驟作進一步的說明，但本發(fā)明的實 施方式不限于此，需指出的是，以下若有特別詳細說明的內容，均是本領域技術人員可參照 現有技術實現的。
[0033] 本發(fā)明實施例為一種可以通過無線進行初始配置的無線路由器，通過手機對無線 路由器進行初始化并設定相應的參數。
[0034] 實現上述實施例的裝置包括發(fā)送端和接收端兩部分，其中發(fā)送端通過手機上的軟 硬件設備來實現，其結構如圖1所示，由發(fā)送端存儲器、輸入模塊、調制器、混音模塊和播放 模塊共同構成，混音模塊與發(fā)送端存儲器、調制器和播放模塊連接，發(fā)送端存儲器與調制器 連接，輸入模塊與調制器連接。輸入模塊用于輸入待發(fā)送的信息，由手機的觸摸屏及按鍵來 實現；發(fā)送端存儲器用于存儲音樂及與該音樂對應的可插入信號的幀號、頻率以及對應該 頻率的掩蔽門限的信息，用手機中的存儲器來實現；調制器用于將待發(fā)送信息調制到可用 的頻率上，混音模塊將調制后的待發(fā)送信息與音樂進行疊加混合，兩者采用軟件的方式來 實現；播放模塊用于播放帶有隱藏信息的音樂信號，由手機上的揚聲器及其驅動電路來實 現。
[0035] 接收端通過無線路由器的軟硬件設備來實現，由接收模塊、同步模塊、解調器和接 收端存儲器共同構成，其中接收模塊、同步模塊、解調器順次連接，接收端存儲器與解調模 塊連接。接收模塊用于接收音樂信號，由麥克風及其驅動電路實現；同步模塊實現解調器與 音樂的同步，解調器用于解調出調制在可用頻率上的信息，兩者采用軟件的方式來實現；接 收端存儲器用于存儲與音樂對應的可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限的 信息，用無線路由器中的存儲器來實現。
[0036] 上述實施例中，采用以下方法來實現用數字音樂傳隱藏信息，其主流程如圖3所 示：
[0037] 步驟1 :選定一段音樂信號，對該音樂信號進行分幀并計算每幀的聽覺掩蔽曲線， 選取每幀音樂中被掩蔽的頻率分量作為可插入信號的頻率，記錄可插入信號的幀號、頻率 以及對應該頻率的掩蔽門限。
[0038] 上述實施例中，首先選擇傳輸信息時播放的音樂，并將其存儲在發(fā)送端存儲器中。 然后預先計算好該音樂中可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，并存放在 發(fā)送端存儲器中。上述可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限用以下方法獲 取，流程如圖4所不：
[0039] 步驟I. 1 :求出每幀音樂信號中被掩蔽的頻率范圍。每幀的掩蔽閥值計算方法如 下：
[0040] (1)首先用FFT來計算信號的聲壓級X(k)。音頻幀s(i)作為輸入信號，N為每幀 樣本數，h(i)為加權漢寧窗

【權利要求】
1. 一種用音樂傳輸隱藏信息的方法，其特征在于包括如下步驟： 步驟1:選定一段音樂信號，對該音樂信號進行分幀并計算每幀的聽覺掩蔽曲線，選取 每幀音樂中被掩蔽的頻率分量作為可插入信號的頻率，記錄可插入信號的幀號、頻率以及 對應該頻率的掩蔽門限； 步驟2 :發(fā)送端傳輸信息時，在音樂信號前插入同步信號，并按步驟1中記錄的可插入 信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，將需發(fā)送的信息調制到可插入信號的頻率 上，然后與音頻信號相加，播放經過前述處理后的音樂信號； 步驟3 :接收端接收信息時，首先檢測同步信號，確定音樂信號起始位置，然后按步驟1 記錄的可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，解調出步驟2在音樂中插入 的信息。
2. 根據權利要求1所述的一種用音樂傳輸隱藏信息的方法，其特征在于步驟1中所述 可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限，用以下方法獲?。?步驟1. 1 :求出每幀音樂信號中被掩蔽的頻率范圍； 步驟1. 2 :將被掩蔽且掩蔽門限大于預設值的頻率范圍劃分為若干可用的頻帶，將其 中心頻率作為可插入信號的的頻率，其頻帶范圍內最小的掩蔽門限作為該可插入信號的頻 率的掩蔽門限； 步驟1. 3 :如其中一幀具有一個或一個以上的可插入信號的頻率，則記錄該幀的幀號、 該幀可插入信號的頻率以及對應該頻率的掩蔽門限。
3. 根據權利要求1所述的一種用音樂傳輸隱藏信息的方法，其特征在于步驟2中，發(fā)送 端采用以下步驟在音樂中插入需發(fā)送的信息： 步驟2. 1 :將需發(fā)送的信息用二進制表示； 步驟2. 2 :在每幀的每個可插入信號的頻率上采用調幅、調頻或調相的方式插入一位 二進制信息，調制幅度小于掩蔽門限。
4. 根據權利要求1所述的一種用音樂傳輸隱藏信息的方法，其特征在于步驟3中，接收 端采用以下步驟對發(fā)送端的信息進行解調： 步驟3. 1 :以同步后的音樂起始點為起點，對音樂進行分幀； 步驟3. 2 :根據幀號，找出步驟1記錄的該幀可插入信號的頻率以及對應該頻率的掩蔽 門限； 步驟3. 3 :對音樂信號中步驟3. 2中找到的每個可插入信號的頻率進行檢測，解調出該 頻率的包含的一比特信息； 步驟3. 4 :將每幀音樂信號中解調出來的所有比特信息進行合并，得到成完整的信息。
5. 實現權利要求1所述的一種用音樂傳輸隱藏信息的方法的裝置，其特征在于包括發(fā) 送端和接收端兩部分，其中發(fā)送端由發(fā)送端存儲器、輸入模塊、調制器、混音模塊和播放模 塊共同構成，混音模塊與發(fā)送端存儲器、調制器和播放模塊連接，發(fā)送端存儲器與調制器連 接，輸入模塊與調制器連接，輸入模塊用于輸入需發(fā)送的信息，發(fā)送端存儲器用于存儲音樂 及與該音樂對應的可插入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限的信息，調制器用 于將待發(fā)送信息調制到可插入信號的頻率上，混音模塊將調制后的待發(fā)送信息與音樂進行 疊加混合，播放模塊用于播放帶有隱藏信息的音樂信號；接收端由接收模塊、同步模塊、解 調器和接收端存儲器共同構成，其中接收模塊、同步模塊、解調器順次連接，接收端存儲器 與解調模塊連接，接收模塊用于接收音樂信號，同步模塊實現解調器與音樂的同步，解調器 用于解調出調制在可插入信號的頻率上的信息，接收端存儲器用于存儲與音樂對應的可插 入信號的幀號、頻率以及對應該頻率的掩蔽門限的信息。
【文檔編號】G10L19/018GK104505096SQ201410610145
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月31日 優(yōu)先權日:2014年5月30日
【發(fā)明者】張軍, 王浩, 寧更新, 馮義志, 季飛 申請人:華南理工大學