[發明專利]一種基于DWT-SVD-ICA的數字音頻水印算法

有效

• 申請號: 201610191502.6
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105741844B
• 公開（公告）日: 2019-03-22
• 發明（設計）人: 唐向宏;蔡倩;何雨亭;來伊麗;夏凱莉;李齊良
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G10L19/018
• 分類號: G10L19/018
• 代理公司: 杭州千克知識產權代理有限公司 33246
• 代理人: 周希良

本發明公開了一種基于DWT?SVD?ICA的數字音頻水印算法，按如下步驟進行：第一步：對原始音頻進行預處理，選擇合適片段用水印嵌入；第二步：嵌入水印時，對原始音頻進行三級小波變換，并對小波變換的近似分量進行奇異值分解，然后利用隨機混合法完成水印嵌入；第三步：提取水印時，對嵌有水印的音頻信號進行小波變換和奇異值分解，然后利用負熵最大化的固定點算法實現水印盲檢測。本發明與傳統基于ICA的音頻水印算法相比，具有如下優點：水印魯棒性得到了一定的提高即水印魯棒性強勁，既可保證水印的不可感知性，又能保證水印的盲提取。

技術領域

本發明屬于數字音頻水印技術領域，具體涉及一種基于變換域和獨立分量分析技術結合的數字音頻水印技術的表示方法。

背景技術

由于獨立分量分析(ICA)是一種非常有效的盲信號處理技術，其基本原理是通過分析多維觀測數據間的高階統計相關性，找出相互獨立的隱含信息成分，完成分量間高階冗余的去除及獨立信源的提取，而數字水印技術就是要在水印的載體中嵌入或提取出獨立的信源信號。因此，業界將獨立分量分析(ICA)應用數字音頻水印的盲提取和半盲提取。目前，將ICA應用于圖像水印研究的比較多，而應用于數字音頻水印的研究相對較少。大多數基于ICA的水印雖然有較好的不可感知性，但魯棒性仍不夠強健。而相對的，基于變化域由于其強健的魯棒性在該技術領域得到了廣泛的應用。

發明內容

在實驗研究中發現，基于變化域的音頻水印技術擁有良好的魯棒性，而ICA可以在保證水印不可感知性的前提下，實現了水印的盲提取。為了同時提高水印的不可感知性和魯棒性，本發明結合小波變換(DWT)和奇異值分解(SVD)的變換特點，根據奇異值矩陣中的特征自適性調整水印嵌入強度，提出了一種基于DWT-SVD-ICA的數字音頻水印算法。

本發明采取以下技術方案：一種基于DWT-SVD-ICA的數字音頻水印算法，將原始音頻信號的分段預處理獲取適合嵌入水印的幀，對嵌入幀進行小波變換、奇異值分解，在奇異值中自適應的嵌入水印信號。利用Fast-ICA提取水印以實現水印的盲檢測。按如下步驟進行：

第一步：為了較好地保證水印的不可感知性和魯棒性，對原始音頻進行預處理，選擇合適片段用水印嵌入。具體算法：

設第k幀音頻信號的短時能量由E_k表示，其定義如下：

其中x_k(i)為第k幀音頻信號第i點的大小，N為信號幀長。音頻幀的能量體現了某個時間段內音頻信號的強度，E_k越大則表示掩蔽性能越好。

設第k幀音頻信號的過零率用Z_k表示，其定義為：

其中，sgn[x]為符號函數，根據變量x的大小按取值。音頻幀的過零率指一幀內相鄰的采樣點改變符號的次數，體現了一幀中音頻信號幅值變化的程度，過零率Z_k越小表示該幀的幅值變化相對平穩。因此，設定兩個閾值E_th和Z_th，選取過零率Z_k≤Z_th且短時能量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，對原始音頻進行三級小波變換(DWT)，并對小波變換的近似分量進行奇異值分解(SVD)，然后利用隨機混合方法完成水印嵌入，以提高水印的不可感知性和魯棒性。具體算法：