基于正交的加性擴頻音頻水印嵌入方法、檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字音頻水印領(lǐng)域，尤其涉及一種基于正交的加性擴頻音頻水印嵌入 方法、檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字音頻水印是向音頻信號中添加某些數(shù)字信息以達到文件真?zhèn)舞b別、版權(quán)保 護、信息隱藏等目的的信號處理操作。正交是指內(nèi)積為零的兩個矢量信號間的關(guān)系，兩個矢 量信號正交即表示兩矢量信號相互垂直。在傳統(tǒng)的加性擴頻音頻水印的嵌入過程中，由于 沒有利用正交信號之間的相互垂直特性，其將擴頻后的水印信號與主信號直接相加，若把 此過程建模成通信模型，主信號可被看成水印信號傳輸過程中的干擾噪聲，在采用相關(guān)檢 測時，主信號對水印的正確檢測干擾很大，水印檢測的錯誤率極高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種基于正交的加性擴頻音頻水印嵌入方法、檢測方法及系 統(tǒng)，該方法和系統(tǒng)使得主信號對水印檢測的干擾趨于零，可大大降低水印檢測的錯誤率。
[0004] 為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0005] 一、一種基于正交的加性擴頻音頻水印嵌入方法，包括步驟：
[0006] 步驟1，將時域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信號；
[0007] 步驟2,根據(jù)時域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感的聲音頻率范圍，獲得 頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為freqmax、freqmin ;
[0008] 步驟3,根據(jù)隨機數(shù)種子生成（freqmax-freqmin+1)個0~1間的隨機數(shù)，將隨機 數(shù)四舍五入為〇或1，即二進制擴頻序列Vl ;
[0009] 步驟4,對二進制擴頻序列vl和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號v2進行正交 處理，獲得正交向量Ivl 1，v22}，vll即二進制擴頻序列vl，v22即v2與其在vll上的投影 之差；
[0010] 步驟5,根據(jù)二進制擴頻序列vll，將水印數(shù)據(jù)嵌入頻域音頻信號v22,得到帶水印 的頻域音頻信號；
[0011] 步驟6,將帶水印的頻域音頻信號變換到時域，得到帶水印的時域音頻信號。
[0012] 步驟4進一步包括子步驟：
[0013] 4. 1確定基底向量順序{vl, v2(:，i)}，令vl為第一個正交基，即vll = vl，其中， vl表示二進制擴頻序列，v2(:，i)表示可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號矩陣v2的第i 列；
[0014] 4. 2基于正交原理，計算v2(:，i)在vll上的投影v2ill ;
[0015] 4.3獲得一組新正交基{￥11^212}，其中，￥2 12 = ￥2(:，1)12111。
[0016] 步驟5具體為：
[0017] 根據(jù)正交向量{vll, v22}和水印數(shù)據(jù)symbol，利用如下公式，將水印數(shù)據(jù)symbol 嵌入頻域音頻信號v22,得到帶水印的頻域音頻信號watermarked_signal :
[0018] watermarked_signal = v22+symbol*vll〇
[0019] 二、一種基于正交的加性擴頻音頻水印檢測方法，包括步驟：
[0020] 步驟7,將帶水印的時域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信號；
[0021] 步驟8,根據(jù)帶水印的時域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感的聲音頻率 范圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為freqmax、 freqmin ；
[0022] 步驟9,利用步驟3采用的隨機數(shù)種子，生成（freqmax-freqmin+1)個0~1間的 隨機數(shù)，將隨機數(shù)四舍五入為〇或1，即二進制擴頻序列；
[0023] 步驟10,根據(jù)二進制擴頻序列，在頻域音頻信號可嵌入水印的范圍內(nèi)檢測水印。
[0024] 步驟10中采用相關(guān)統(tǒng)計檢驗檢測水印序列。
[0025] 三、一種基于正交的加性擴頻音頻水印嵌入系統(tǒng)，包括：
[0026] 第一時頻變換模塊，用來將時域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信 號；
[0027] 第一嵌入范圍選擇模塊，用來根據(jù)時域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感 的聲音頻率范圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為 freqmax、freqmin ;
[0028] 第一擴頻序列生成模塊，用來根據(jù)隨機數(shù)種子生成（freqmax-freqmin+1)個0~ 1間的隨機數(shù)，將隨機數(shù)四舍五入為〇或1，即二進制擴頻序列；
[0029] 正交處理模塊，用來對二進制擴頻序列Vl和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信 號v2進行正交處理，獲得正交向量{vll, v22}，vll即二進制擴頻序列vl，v22即v2與其在 vll上的投影之差；
[0030] 加性嵌入模塊，用來根據(jù)二進制擴頻序列VII，將水印數(shù)據(jù)嵌入頻域音頻信號 v22,得到帶水印的頻域音頻信號；
[0031] 時頻逆變換模塊，用來將帶水印的頻域音頻信號變換到時域，得到帶水印的時域 音頻信號。
[0032] 四、一種基于正交的加性擴頻音頻水印檢測系統(tǒng)，包括：
[0033] 第二時頻變換模塊，用來將帶水印的時域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻 域音頻信號；
[0034] 第二嵌入范圍選擇模塊，用來根據(jù)帶水印的時域音頻信號的采樣率、幀長度以及 人耳敏感的聲音頻率范圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小 值分另 lJ為 freqmax、freqmin ;
[0035] 第二擴頻序列生成模塊，用來根據(jù)第一擴頻序列生成模塊采用的隨機數(shù)種子生成 (freqmax-freqmin+Ι)個0~1間的隨機數(shù)，將隨機數(shù)四舍五入為0或1，即二進制擴頻序 列；
[0036] 水印檢測模塊，用來根據(jù)二進制擴頻序列，在頻域音頻信號可嵌入水印的范圍內(nèi) 檢測水印。
[0037] 和現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點和有益效果：
[0038] 本發(fā)明將主音頻信號和擴頻信號進行正交，然后在擴頻信號垂直分量上實現(xiàn)水印 的加性嵌入，這樣保證了相關(guān)提取時主信號對水印的干擾為零，從而可消除主信號干擾，大 大降低水印提取錯誤率。
【附圖說明】
[0039] 圖1是音頻水印嵌入子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；
[0040] 圖2是音頻水印檢測子系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。
[0041] 圖3是本發(fā)明加性擴頻音頻水印嵌入方法的具體流程圖；
[0042] 圖4是本發(fā)明加性擴頻音頻水印檢測方法的具體流程圖。
[0043] 圖中，1-第一時頻變換模塊，2-第一嵌入范圍選擇模塊，3-第一擴頻序列生成模 塊，4-正交處理模塊，5-加性嵌入模塊，6-時頻逆變換模塊，7-第二時頻變換模塊，8-第二 嵌入范圍選擇模塊，9-第二擴頻序列生成模塊，10-水印檢測模塊。
【具體實施方式】
[0044] 下面以具體實施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。
[0045] 本發(fā)明加性擴頻音頻水印系統(tǒng)包括音頻水印嵌入系統(tǒng)和音頻水印檢測系統(tǒng)。參見 圖1，音頻水印嵌入系統(tǒng)包括第一時頻變換模塊（1)、第一嵌入范圍選擇模塊（2)、第一擴頻 序列生成模塊（3)、正交處理模塊（4)、加性嵌入模塊（5)和時頻逆變換模塊（6)，具體實施 時可以采用軟件固化技術(shù)實現(xiàn)上述各模塊功能。
[0046] 第一時頻變換模塊（1)，用于將時域音頻信號變換為頻域音頻信號，并將頻域音頻 信號輸出至第一嵌入范圍選擇模塊（2)。
[0047] 第一嵌入范圍選擇模塊（2)，用于根據(jù)時域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏 感的頻率范圍計算頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，并將可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻 信號輸出至正交處理模塊（4)，將可嵌入水印的范圍的最值輸出至擴頻序列生成模塊（3)， 所述的最值即最大值和最小值。
[0048] 第一擴頻序列生成模塊（3)，用于根據(jù)隨機數(shù)種子和可嵌入水印的范圍的最值生 成與可嵌入范圍同長度的幅值為1或-1均勻分布的隨機序列，即擴頻序列，將擴頻序列輸 出給正交處理模塊（4)。
[0049] 正交處理模塊（4)，用于根據(jù)正交化原理，對擴頻序列和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻 域音頻信號進行正交化處理，得到一組正交向量，將正交向量輸出至加性嵌入模塊（5)。
[0050] 加性嵌入模塊（5)，用于基于加性擴頻水印嵌入公式，根據(jù)正交向量獲得頻域的帶 水印信息的音頻信號，并將此頻域的帶水印信息的音頻信號輸出至?xí)r頻逆變換模塊（6)。
[0051] 時頻逆變換模塊（6)，用于將頻域的帶水印信息的音頻信號轉(zhuǎn)換為時域的帶水印 信息的音頻信號，并生成音頻文件，即得到帶水印信息的音頻文件。
[0052] 參見圖2,音頻水印檢測系統(tǒng)包括第二時頻變換模塊（7)、第二嵌入范圍選擇模塊 (8)、第二擴頻序列生成模塊（9)和水印檢測模塊（10)，具體實施時可以采用軟件固化技術(shù) 實現(xiàn)上述各t吳塊功能。
[0053] 第二時頻變換模塊（7)與第一時頻變換模塊（1)功能相同，用于將帶水印的時域 音頻信號轉(zhuǎn)換為頻域音頻信號，并將頻域音頻信號輸出至第二嵌入范圍選擇模塊（8)。
[0054] 第二嵌入范圍選擇模塊（8)與第一嵌入范圍選擇模塊（2)功能相同，以獲得頻域 音頻信號可嵌