[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于DWT-SVD-ICA的數(shù)字音頻水印算法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610191502.6
• 申請(qǐng)日: 2016-03-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN105741844B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-03-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 唐向宏;蔡倩;何雨亭;來(lái)伊麗;夏凱莉;李齊良
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 杭州電子科技大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G10L19/018
• 分類(lèi)號(hào): G10L19/018
• 代理公司: 杭州千克知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

1.一種基于DWT-SVD-ICA的數(shù)字音頻水印算法，其特征是按如下步驟進(jìn)行：

第一步：對(duì)原始音頻進(jìn)行預(yù)處理，選擇合適片段用水印嵌入；第一步具體如下：設(shè)第k幀音頻信號(hào)的短時(shí)能量由E_k表示，定義如下：

其中，x_k(i)為第k幀音頻信號(hào)第i點(diǎn)的大小，N為信號(hào)幀長(zhǎng)；

設(shè)第k幀音頻信號(hào)的過(guò)零率用Z_k表示，定義為：

其中，設(shè)定兩個(gè)閾值E_th和Z_th，選取過(guò)零率Z_k≤Z_th且短時(shí)能量E_k≥E_th的音頻幀作為水印嵌入幀AS_k；

第二步：嵌入水印時(shí)，對(duì)原始音頻進(jìn)行三級(jí)小波變換，并對(duì)小波變換的近似分量進(jìn)行奇異值分解，然后利用隨機(jī)混合法完成水印嵌入；第二步具體如下：

(1)對(duì)每幀AS_k進(jìn)行三級(jí)小波變換，得到低頻近似分量CA3_k和細(xì)節(jié)分量CD1_k，CD2_k，CD3_k；為了實(shí)現(xiàn)對(duì)CA3_k進(jìn)行奇異值分解，先將CA3_k轉(zhuǎn)換成二維矩陣ca3_k：

對(duì)ca3_k進(jìn)行奇異值分解成并將其奇異值矩陣按式(4)轉(zhuǎn)化為一維數(shù)組S_k：

(2)讀取長(zhǎng)度為的水印信息M_k，將水印M_k和一維數(shù)組S_k融合構(gòu)成二維矩陣MS_k：

將MS_k與自適應(yīng)混合矩陣A_k線(xiàn)性相乘得到嵌入水印的矩陣X_k，ICA混合公式如下：

a_k11,a_k21在[0.85,0.99]的區(qū)間內(nèi)隨機(jī)選擇；選擇SVD特征值來(lái)調(diào)節(jié)水印的嵌入強(qiáng)度；round(x)代表對(duì)x四舍五入；將R_k＝a_k21S_k+a_k22M_k作為密鑰保存用于水印提取，L_k＝a_k11S_k+a_k12M_k按式(7)轉(zhuǎn)換成奇異值矩陣S'，并按式(8)進(jìn)行奇異值分解獲得嵌入水印的ca3'_k：

將二維矩陣ca3'_k按式(9)轉(zhuǎn)換成一維矩陣CA3'_k：

CA3'_k與CD1_k，CD2_k，CD3_k進(jìn)行小波重構(gòu)，完成對(duì)第k幀音頻信號(hào)的水印嵌入SW_k；

(3)重復(fù)以上步驟(1)、(2)，直至完成對(duì)所有幀的水印嵌入，最后得到嵌入水印的音頻SW；

第三步：提取水印時(shí)，對(duì)嵌有水印的音頻信號(hào)進(jìn)行小波變換和奇異值分解，然后利用負(fù)熵最大化的固定點(diǎn)算法實(shí)現(xiàn)水印盲檢測(cè)。

2.如權(quán)利要求1所述的基于DWT-SVD-ICA的數(shù)字音頻水印算法，其特征是：第三步：①對(duì)嵌有水印的音頻SW分幀成SW_k，k＝1,2, … ，并對(duì)SW_k進(jìn)行分段三級(jí)小波分解，得到近似分量CA3'_k，轉(zhuǎn)換成二維矩陣ca3'_k，再將ca3'_k進(jìn)行SVD分解得到奇異值矩陣S'_k，對(duì)S'_k中的奇異值按式(10)轉(zhuǎn)化為L(zhǎng)_k；

②將密鑰R_k和L_k按式(11)融合成X_k；

根據(jù)Fast-ICA的實(shí)現(xiàn)步驟，對(duì)矩陣X_k進(jìn)行解混，得到解混矩陣W_k，計(jì)算Y_k矩陣：

由于Fast-ICA分離出兩個(gè)獨(dú)立變量不能確定哪一個(gè)分量含有水印信號(hào)，需將Y_k1和Y_k2分別與L_k進(jìn)行相似度比較，選擇相似度小于0.8的分量作為含有水印的獨(dú)立分量；假設(shè)Y_k1分量是所選含有水印的獨(dú)立分量，則令WM_k＝Y(jié)_k1；

③按式(13)進(jìn)行水印提取：

其中E{.}代表求均值；

④重復(fù)以上步驟①、②、③，直到提取出所有水印WA。