專(zhuān)利名稱(chēng)：一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，屬信息處理技術(shù)領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著計(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(lái)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(wèn)題也日益暴露出來(lái)。數(shù)字水印技術(shù)為上述問(wèn)題提供了一個(gè)有效的解決方案。
基于音頻載體的水印算法常常分為三類(lèi)時(shí)域算法，變換域算法和壓縮域算法。變換域算法主要包括傅里葉變換、離散余弦變換和離散小波變換三種類(lèi)型。
小波分析是一種時(shí)間窗和頻率窗都可以改變的時(shí)頻局部化分析方法，被稱(chēng)為“數(shù)學(xué)顯微鏡”，而基于小波變換的數(shù)字水印可以抵抗低通濾波和壓縮攻擊等常見(jiàn)的攻擊手段。 從90年代末開(kāi)始，受到越來(lái)越多的重視，也涌現(xiàn)出越來(lái)越多的基于離散小波變換的數(shù)字水印，體現(xiàn)出了比其他域算法更優(yōu)良的性能。
公開(kāi)號(hào)CN1808495公開(kāi)了一種基于小波抗幾何攻擊的數(shù)字水印方法，該發(fā)明基于小波變換的數(shù)字水印技術(shù)，是利用圖像特征進(jìn)行水印提取
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，要提供一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印嵌入和提取方法，在小波子帶域，嵌入具有不同頻率特性的Chirp信號(hào)來(lái)完成水印嵌入。方法實(shí)施簡(jiǎn)單，復(fù)雜度低，在保持較高水印提取率的同時(shí)，控制了信號(hào)的感知失真。
本發(fā)明的技術(shù)方案是，本發(fā)明是一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，包括數(shù)字水印嵌入部分和數(shù)字水印提取部分。
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，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為數(shù)字水印嵌入載體，然后將表征數(shù)字水印的Chirp信號(hào)嵌入到小波細(xì)節(jié)子帶系數(shù)中，對(duì)嵌入水印后的子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，得到時(shí)域音頻信號(hào)。
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，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，得到細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為提取載體，然后分析該細(xì)節(jié)子帶信號(hào)的頻譜，計(jì)算得到時(shí)間和頻率相對(duì)應(yīng)的二維信號(hào)，接著對(duì)該二維信號(hào)進(jìn)行Radon變換，得到變換后的二維信號(hào)，找出該二維信號(hào)中最大值的坐標(biāo)，根據(jù)其縱坐標(biāo)值提取水印。
所述數(shù)字水印嵌入部分包括以下步驟(ι)設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的音頻信號(hào)用鄧]表示,其中，1幻S ￡。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分幀處理，幀長(zhǎng)力每幀信號(hào)用& [I ]表示,其中，1 ☆ S況l< <Ll/iVj。
(2)對(duì)每幀信號(hào)&⑷進(jìn)行離散小波變換，提取第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶作為數(shù)字水印嵌入載體，用Di表示,其中1幻Sμ/W」，H/, Flf為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度。
(3)生成不同頻率特性的Chirp信號(hào)，根據(jù)不同的瞬時(shí)頻率來(lái)表征水印信號(hào)，方法如下Φ] = αΜψ(Τ, F07TliF1) C2 [j] = ChifpfJlF0iT1, F2)其中，C&少P表示Chirp信號(hào)的產(chǎn)生函數(shù)為信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度，T1為結(jié)束時(shí)刻▽力信號(hào)開(kāi)始時(shí)的瞬時(shí)頻率，朽和巧為信號(hào)在時(shí)刻巧時(shí)的瞬時(shí)頻率。
(4)設(shè)嵌入的數(shù)字水印用>φ；!表示，數(shù)字水印的長(zhǎng)度為信號(hào)的幀數(shù)，即I^sLiAvJ。選取步驟(2)中的細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)水印信號(hào)的不同，嵌入不同的Chirp信號(hào)，具體嵌入方法如下其中，€*![』和(72[』為Chirp信號(hào)，礙為衰減因子，1<ι <[￡/,￥] ,\<j<Nd。
(5)對(duì)嵌入水印的小波子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，還原得到時(shí)域信號(hào)。
所述數(shù)字水印提取部分包括以下步驟(1)對(duì)音頻信號(hào)的每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取其第一級(jí)細(xì)節(jié)小波子帶系數(shù)，用A[j]表示，其中IASLiZ^J,, Ni為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度。
(2)對(duì)步驟(1)得到的細(xì)節(jié)子帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析得到二維信號(hào)，用表示，其中1幻^LiZ-vJ, \<m<MJ/和r分別表示該時(shí)頻信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)。
(3)對(duì)步驟(2)得到的二維時(shí)頻信號(hào)進(jìn)行radon變換，角度選取為0 180度，對(duì) radon 變換后的信號(hào)，用 Mi 表示，其中 1A LiAvJ，1 St/ , 1 ν F , t/ 禾口 V 分別表示該信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)。
(4)對(duì)步驟(3)得到的randon變換信號(hào)求其最大值的坐標(biāo)[耐) ，]，其中&為橫坐標(biāo)，辦為縱坐標(biāo)，1幻<|^/況」。
(5)對(duì)嵌入算法中產(chǎn)生的Chirp信號(hào),應(yīng)用步驟(1) (4)，分別求其時(shí)頻分布的Radon變換系數(shù)中最大值的坐標(biāo)值,用^r1JJ1]和[兩,溈]表示，其中叫和表示橫坐標(biāo)，q i和表示縱坐標(biāo)。
(6)根據(jù)步驟(4)和步驟(5)求出的縱坐標(biāo)值提取數(shù)字水印，方法如下其中，w'O表示提取得到的數(shù)字水印，。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明選擇在小波子帶進(jìn)行嵌入，對(duì)攻擊的魯棒性更高， 由于嵌入表征數(shù)字水印的Chirp信號(hào)具有特定的頻譜特性，其對(duì)各種攻擊的魯棒性能較帥](méi)+哄⑶^w(I) = I好，同時(shí)嵌入時(shí)引入了衰減因子，嵌入水印后，信號(hào)的感知透明性更高。因此該水印方法適用于對(duì)數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行版權(quán)保護(hù)。


圖1是本發(fā)明數(shù)字水印嵌入框圖； 圖2是本發(fā)明數(shù)字水印提取框圖；具體實(shí)施方式
本發(fā)明具體實(shí)施方式
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，包括以下兩個(gè)步驟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，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換， 提取細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為數(shù)字水印嵌入載體，然后將表征數(shù)字水印的Chirp信號(hào)嵌入到小波細(xì)節(jié)子帶系數(shù)中，對(duì)嵌入水印后的子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，得到時(shí)域音頻信號(hào)。
具體實(shí)施方式
如下(1)設(shè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的音頻信號(hào)用難]表示,其中，1幻 ￡。首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分幀處理，幀長(zhǎng)為N ,每幀信號(hào)用 ⑷表示,其中，1 況1AK L _。
(2)對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶作為數(shù)字水印嵌入載體，用馬[J]表示,其中1幻 μ/w」，1S J S凡，凡為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度。
(3)生成不同頻率特性的Chirp信號(hào)，根據(jù)不同的瞬時(shí)頻率來(lái)表征水印信號(hào)，方法如下C1 [j] =^(7, ,Ii ,F1)其中，Α 少_表示Chirp信號(hào)的產(chǎn)生函數(shù)，7為信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度卩力結(jié)束時(shí)刻兄力信號(hào)開(kāi)始時(shí)的瞬時(shí)頻率，巧和巧為信號(hào)在時(shí)刻？；時(shí)的瞬時(shí)頻率。
(4)設(shè)嵌入的數(shù)字水印用w⑷表示，數(shù)字水印的長(zhǎng)度為信號(hào)的幀數(shù)，即l<i<[L/Nj0選取步驟(2)中的細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)水印信號(hào)的不同，嵌入不同的Chirp信號(hào)，具體嵌入方法如下其中，和為Chirp信號(hào)，^為衰減因子，, 1<J<A^。
(5)對(duì)嵌入水印的小波子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，還原得到時(shí)域信號(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，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，得到細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為提取載體，然后分析該細(xì)節(jié)子帶信號(hào)的頻譜，計(jì)算得到時(shí)間和頻率相對(duì)應(yīng)的二維信號(hào)，接著對(duì)該二維信號(hào)進(jìn)行Radon變換，得到變換后的二維信號(hào)，找出該二維信號(hào)中最大值的坐標(biāo)，根據(jù)其縱坐標(biāo)值提取水印。
具體實(shí)施方式
如下(1)對(duì)音頻信號(hào)的每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取其第一級(jí)細(xì)節(jié)小波子帶系數(shù)，用 A[j]表示，其中1A s|_￡/M」，1<J<JV, , Ns為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度。
(2)對(duì)步驟(1)得到的細(xì)節(jié)子帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析得到二維信號(hào)，用ri〗[M]|X|表示，其中,\<m<MJf和JC分別表示該時(shí)頻信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)。
(3)對(duì)步驟(2)得到的二維時(shí)頻信號(hào)進(jìn)行radon變換，角度選取為0 180度，對(duì) radon變換后的信號(hào)，用表示，其中1幻斗讓V」，Ks^t/,, ^；和^分別表示該信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)。
(4)對(duì)步驟(3)得到的randon變換信號(hào)i 巧MM,求其最大值的坐標(biāo)[Rz {ι) ，Ry(‘)]，其中辦為橫坐標(biāo)，辦為縱坐標(biāo)，kmU·/^]。
(5)對(duì)嵌入算法中產(chǎn)生的Chirp信號(hào)對(duì)j]和，應(yīng)用步驟(1) (4)，分別求其時(shí)頻分布的Radon變換系數(shù)中最大值的坐標(biāo)值，用[巧，仍；！和^而，溈；!表示，其中^和 ^ 表示橫坐標(biāo)，Q^1和Qi2表示縱坐標(biāo)。
(6)根據(jù)步驟(4)和步驟(5)求出的縱坐標(biāo)值提取數(shù)字水印，方法如下其中，W O表示提取得到的數(shù)字水印，l<^<U/ArJ
權(quán)利要求
1.一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，其特征在于，所述方法包括數(shù)字水印嵌入部分和數(shù)字水印提取部分；所述數(shù)字水印嵌入部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為數(shù)字水印嵌入載體，然后將表征數(shù)字水印的Chirp信號(hào)嵌入到小波細(xì)節(jié)子帶系數(shù)中，對(duì)嵌入水印后的子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，得到時(shí)域音頻信號(hào)；所述數(shù)字水印提取部分首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，得到細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為提取載體，然后分析該細(xì)節(jié)子帶信號(hào)的頻譜，計(jì)算得到時(shí)間和頻率相對(duì)應(yīng)的二維信號(hào)，接著對(duì)該二維信號(hào)進(jìn)行Radon變換，得到變換后的二維信號(hào)，找出該二維信號(hào)中最大值的坐標(biāo)，根據(jù)其縱坐標(biāo)值提取水印。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，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xW表示，其中，1。 ￡；首先對(duì)信號(hào)進(jìn)行分幀處理，幀長(zhǎng)力每幀信號(hào)用表示，其中，雙is s|_i/w」；(2)對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶作為數(shù)字水印嵌入載體，用馬[J]表示，其中 Α μ/#」，ISjS^ 為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度；(3)設(shè)嵌入的數(shù)字水印用w⑷表示，數(shù)字水印的長(zhǎng)度為信號(hào)的幀數(shù)，g卩1々<Z/FJ ；選取步驟(2)中的細(xì)節(jié)子帶系數(shù)進(jìn)行水印嵌入，根據(jù)水印信號(hào)的不同，嵌入不同的Chirp信號(hào)，具體嵌入方法如下其中，C1Uj和Cf2[j]為Chirp信號(hào)，礙為衰減因子，l< <Li/iV], \<j<Nd ；(4)對(duì)嵌入水印的小波子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，還原得到時(shí)域信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，其特征在于，不同的 Chirp信號(hào)表示不同水印信息，所述Chirp信號(hào)的頻譜呈線(xiàn)性分布，根據(jù)不同的瞬時(shí)頻率來(lái)表征水印信號(hào)，方法如下其中，fe啰_表示Chirp信號(hào)的產(chǎn)生函數(shù)，7為信號(hào)的時(shí)間長(zhǎng)度，T1為結(jié)束時(shí)刻冗力信號(hào)開(kāi)始時(shí)的瞬時(shí)頻率，巧和巧為信號(hào)在時(shí)刻 !時(shí)的瞬時(shí)頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，其特征在于，所述數(shù)字水印提取部分包括以下步驟(1)對(duì)音頻信號(hào)的每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取其第一級(jí)細(xì)節(jié)小波子帶系數(shù)，用馬[J]表示，其中1幻為第一級(jí)細(xì)節(jié)子帶系數(shù)的長(zhǎng)度；C1LjJ = chirp (Τ, P^T1, F1) C2Iq = Ckup(TrF0^F2)(2)對(duì)步驟(1)得到的細(xì)節(jié)子帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻分析得到二維信號(hào)，用釋[ |^；1表示，其中1幻<￡/2/」，,,艤和尤分別表示該時(shí)頻信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)；(3)對(duì)步驟(2)得到的二維時(shí)頻信號(hào)進(jìn)行radon變換，角度選取為0 180度，對(duì)radon 變換后的信號(hào)，用-明^；?、缺硎荆渲?；！力斗！/！^，；！么^^/，；^^^廠(chǎng)，^/和廠(chǎng)分別表示該信號(hào)的行數(shù)和列數(shù)；(4)對(duì)步驟(3)得到的randon變換信號(hào)求其最大值的坐標(biāo)[Acp)，%(()]，苴中ζ力橫坐標(biāo)，Ry為縱坐標(biāo)，1<2< Li/iVj ；(5)對(duì)嵌入算法中產(chǎn)生的Chirp信號(hào)C^/^nC^j],應(yīng)用步驟(1) (4)，分別求其時(shí)頻分布的Radon變換系數(shù)中最大值的坐標(biāo)值,用[^r1AV1]和表示，其中巧和巧表示橫坐標(biāo)，O、和 >，2表示縱坐標(biāo)；(6)根據(jù)步驟(4)和步驟(5)求出的縱坐標(biāo)值提取數(shù)字水印，方法如下其中，表示提取得到的數(shù)字水印，l<t<[L/Nj。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種針對(duì)音頻載體的數(shù)字水印方法，包括水印的嵌入和提取兩個(gè)部分，在水印嵌入部分中，首先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，提取細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為數(shù)字水印嵌入載體，再將表征數(shù)字水印的Chirp信號(hào)嵌入到小波細(xì)節(jié)子帶系數(shù)中，對(duì)嵌入水印后的子帶信號(hào)進(jìn)行逆小波變換，得到時(shí)域音頻信號(hào)。在水印提取部分中，先對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行分幀處理，對(duì)每幀信號(hào)進(jìn)行離散小波變換，得到細(xì)節(jié)子帶系數(shù)作為提取載體，再分析該細(xì)節(jié)子帶信號(hào)的頻譜，計(jì)算得到時(shí)間和頻率相對(duì)應(yīng)的二維信號(hào)，接著對(duì)二維信號(hào)進(jìn)行Radon變換，得到二維信號(hào)及其最大值的坐標(biāo)，根據(jù)其縱坐標(biāo)值提取水印。本發(fā)明對(duì)音頻信號(hào)的版權(quán)保護(hù)具有較好的應(yīng)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G10L19/02GK102496371SQ20111040089
公開(kāi)日2012年6月13日 申請(qǐng)日期2011年12月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月7日
發(fā)明者孫旻, 曾偉 申請(qǐng)人:江西省電力科學(xué)研究院