[發明專利]一種基于常數Q變換的音頻水印嵌入方法

有效

• 申請號: 201310726182.6
• 申請日: 2013-12-25
• 公開（公告）號: CN103745725A
• 公開（公告）日: 2014-04-23
• 發明（設計）人: 嚴勤;胡棚;鄧舒宇;潘洋緒;董巒;劉猛;印晶晶;陶秋雨
• 申請（專利權）人: 河海大學
• 主分類號: G10L19/018
• 分類號: G10L19/018
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 朱小兵

技術領域

本發明涉及一種基于常數Q變換的音頻水印嵌入方法，屬于信息隱藏技術領域。

背景技術

隨著因特網和多媒體技術的飛速發展和廣泛應用，數字多媒體信息（圖像、視頻、音頻等）的存儲、處理和傳輸變得越來越方便快捷，但由于數字媒體易于無損拷貝和分發的特點，其暴露出的問題也越來越明顯：作品侵權更加容易，篡改更加方便。在這種背景下，能夠有效地實行版權保護的數字水?。╠igital?watermarking）技術應運而生。從技術上將，數字水印就是將水印數據（出版者的名字、簽名、logo、序列號等等）隱藏到真實的媒介中，而不影響這種媒介的正常使用。

根據應用的范圍，數字水印通常分為三類：音頻水印、圖像水印和視頻水印。由于人類的聽力感官比其他的感官更加敏感，因此，在確保不被感知的提前下把額外的信息嵌入到音頻中的難度明顯比嵌入到圖像和視頻等媒介中高。

一種有效且實用的音頻水印方案必須滿足三個重要的條件：不可感知性、魯棒性和安全性。不可感知性指的是嵌入的水印數據必須滿足基本能不被人感覺到。魯棒性指的是嵌入水印的信號在不受攻擊或受攻擊后準確提取水印數據的能力。水印的不可感知性和魯棒性是始終相互制約的，增強不可感知性，就會削弱魯棒性，過多地強調魯棒性，就無法保證水印的不可感知性。但對于有效的水印算法來說，不可感知性和魯棒性必須同時滿足。安全性指的是水印方案需要使用密鑰，當一個人不被授權不知道密鑰時，他不能準確的提取水印。

一般來講，大多數現有音頻水印技術，是通過對音頻的時域或變換域的信息作一定的修改來嵌入水印。在時域嵌入水印實現簡單，而且水印的嵌入量較大，但此時音頻信號的魯棒性較低，安全性很差；而在變換域中水印的嵌入和提取比在時域上更加復雜，但這種情況下的水印算法魯棒性較強，安全性較高。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于常數Q變換的音頻水印嵌入算法，將作為媒介的音頻信號從時域轉換到頻域，得到常數Q變換系數，然后通過改變特定頻程前后幀的能量來嵌入和提取水印，這種算法能夠在保證不可感知性的同時得到很高的魯棒性。

本發明為解決上述技術問題采用以下技術方案：

一種基于常數Q變換的音頻水印嵌入算法，具體步驟如下：

步驟1，選取音頻信號，對其進行常數Q變換，得到每個頻程的常數Q變換系數以及頻譜圖，隨機生成N位由0和1組成的數字串作為水印，N為自然數；

步驟2，根據頻譜圖分析音頻信號在每個頻程的能量分布情況，選取可用于嵌入水印的頻程；

步驟3，分析步驟2選出的頻程中每一幀的常數Q變換系數大小，并計算每一幀的能量，確定用于嵌入水印的頻程，并得到在該頻程中非零幀之間索引值的最小差值diffIdx；確定用于嵌入水印的頻程后，計算這個頻程中每一幀的能量，當某一幀的能量a與其后面第X個非零幀的能量b關系滿足b>a>=0.9b或a>b>=0.9a時，將這一幀添加到可用于嵌入水印的候選幀中；重復對每一幀進行判定，得到一列可用于嵌入水印的候選幀，并記錄下這些候選幀對應的索引值；X為自然數且大于等于5；

步驟4，對候選幀進行再次判定得到用于嵌入水印的幀，判定方法為：當后一幀的索引值Idx2與前一幀的索引值Idx1的差值小于diffIdx的Y倍時，將后一幀從候選幀中剔除，得到新的候選幀序列；然后重復采用這個判定方法，最后得到用于嵌入水印的幀；從這些幀中挑選出前N幀作為可用幀，這N幀在該頻程中的索引值作為密鑰，N為自然數；Y為自然數且大于等于11；

步驟5，根據第n位水印的值來改變可用幀中第n幀和其后第X個非零幀的能量比值來嵌入水印，具體嵌入規則為：當第n位水印位為1時，將可用幀中第n幀的能量提升到原來的m倍，而將其后面的第X個非零幀的能量降低到原來的1/m倍；當水印位為0時，將將可用幀中第n幀的能量降低到原來的1/m倍，而將其后面的第X個非零幀的能量提升到原來的m倍；m為嵌入強度，具體的m的確定方法由實驗確定；

步驟6，確定m后，根據步驟5提供的方法嵌入水印，根據幀的能量的改變來相應的改變該幀的常數Q變換系數，然后再進行常數Q變換重構，得到加水印的音頻信號；