[發明專利]一種用于版權管理的數字音頻水印算法

有效

• 申請號: 201010621150.6
• 申請日: 2010-12-24
• 公開（公告）號: CN102074240A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: 顏永紅;趙學敏;郭宇弘;劉建
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所;北京中科信利技術有限公司
• 主分類號: G10L19/00
• 分類號: G10L19/00
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;高宇

技術領域

本發明提出了一種用于媒資版權管理的音頻水印算法。

背景技術

數字音頻水印技術作為信息安全技術領域的一個重要方向，在認證多媒體來源、進行所有權認證和追蹤非授權行為得到廣泛的應用，具有十分廣闊的應用前景^[1]。在廣播電視等的節目制作過程當中，希望能對多媒體素材的使用情況能進行及時的統計分析，以便進行媒體資料和版權使用的管理。通過在多媒體資料中加入用于標識特定素材的水印信息，之后通過水印解碼得到相關素材的使用情況，可以為媒資管理過程提供更為便捷、有力的支持。

基于實際的需要，我們需要水印在媒資版權管理系統有如下特點。1)能標識版權、媒資信息，需要嵌入的水印信息具有一定信息容量。2)具有一定安全性，避免未授權方恢復和修改水印。3)更強的魯棒性。在音頻內容的使用過程中，可能會對音頻做一些編輯，如任意位置的剪切、拼接、MPEG壓縮等等。要求嵌入的水印較高的魯棒性，在經過編輯操作且能分辨出原始內容的情況下，也可以順利解出嵌入信息并可由此得到時長信息。4)能確認嵌入信息的時長，且具有一定的時間精度。以便于對播放的內容進行時長統計。用于對需要付費的節目使用時間管理等。

從Tirkel等人提出數字水印的概念以來，短短十幾年時間里，數字水印技術的發展可以說是日新月異，并逐步深入和成熟。數字水印技術的發展包括數字水印算法的設計、數字水印攻擊、數字水印算法的測試及評判、數字水印技術的理論研究等等。Cox等人提出的擴頻水印的算法在數字水印技術發展中具有里程碑的意義。Cox等人認為，數字水印不僅要達到不可感知性，即實現隱蔽通信，還要抵抗各種攻擊，具有魯棒性。因此他認為，在保證不可感知性的同時，要把水印信息嵌入到宿主信號的感知最主要部分。之后，各種魯棒性算法如雨后春筍般涌現出來。目前，在水印的調制方式上，一般把水印算法分為基于Cox提出的擴頻水印類算法和Chen等人提出的量化索引調制水印算法(QIM)。由于擴頻水印在進行解碼時載體音頻會對水印信號有一定影響，因此在解碼時需設法減少這種影響從而提高水印的魯棒性。由于載體音頻的影響，擴頻水印方法的嵌入的碼率受到一些限制，在通過水印對素材進行使用統計時的時間精度不高。另外，如果水印的同步信號一旦出現誤碼會導致整個一個周期的水印信息丟失，使得水印算法在隨機剪切、拼接、插入等常見多媒體編輯操作后的出現很多水印信息因此而丟失，從而進一步影響到對素材使用情況統計的時長精確率。

發明內容

本發明的目的在于，為克服目前的算法存在嵌入水印信息的魯棒性和時間精度都不高，在進行多媒體編輯的隨機剪切、拼接等操作后水印信息丟失嚴重，導致很難對嵌入的水印信息分析得到多媒體素材的使用情況進行精確統計等問題，本發明提出一種用于媒資版權管理的音頻水印算法。

為達到上述目的，本發明提出了一種用數字音頻水印進行版權管理的方法，該方法包含水印信息的嵌入方法和水印信息的提取檢測方法，其中，

所述的水印信息的嵌入方法包含以下步驟：

(1-1)水印信息預處理，首先對水印信息的加密和編碼，得到水印編碼信息序列{e_i，0≤i＜L_B}；

(1-2)對得到的水印編碼信息{e_i，0≤i＜L_B}進行成幀封裝；

首先，將嵌入的含媒資版權管理信息的水印編碼信息分成N段，并以不同的擴頻碼標識不同的分段；然后，將每個水印編碼信息的分段之前都加入一位同步位，信息位和同步位采用不同的擴頻碼，得到水印嵌入信息{w_i，0≤i＜L_S+L_B}；

(1-3)對得到的水印嵌入信息{w_i，0≤i＜L_S+L_B}序列進行基帶平衡調制，調制時將一個比特的水印嵌入信息隱藏在連續幾幀的音頻信號之中，得到平衡基帶調制后的信號S；

(1-4)將信號S調制到原始音頻信號中，調制公式如下；

Y(n)＝X(n)·10^{w(n)·S·α(n)}

其中，{X(n)，0＜n＜N}為待嵌入水印的音頻信號在頻域的幅值，且X(n)單位為dB；{w(n)，0＜n＜N}為擴頻碼，該擴頻碼由嵌入比特的類型是信息位還是同步位來確定，α(n)通過心理聲學模型計算得出，用于控制嵌入能量；