本發(fā)明涉及數(shù)字水印領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于QPSK(正交相移鍵控)信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取方法。
背景技術(shù)：
：數(shù)字水印技術(shù)是通過一定的算法將一些標(biāo)識(shí)信息直接嵌入數(shù)字載體中，但不影響原載體的使用價(jià)值，也不容易被人的知覺系統(tǒng)覺察或注意到，只有通過專門的方法或者檢測(cè)系統(tǒng)才能提取。其中的水印信息可以是作者的序列號(hào)、公司標(biāo)志、有特殊意義的文本等，通過這些隱藏在載體中的水印信息，可以用來確認(rèn)識(shí)別文件、圖像或音樂制品的來源、版本、原作者、擁有者、發(fā)行人、合法使用人對(duì)數(shù)字產(chǎn)品的擁有權(quán)。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個(gè)重要研究方向。傳統(tǒng)數(shù)字水印主要以多媒體、文檔、軟件等信號(hào)作為信息載體，無法應(yīng)用到更加底層的物理信號(hào)，數(shù)字水印隱藏方法不夠豐富。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種基于QPSK信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取方法，其目的在底層物理載體射頻信號(hào)上添加水印信號(hào)的直接疊加，在不影響載體信號(hào)正常調(diào)制解調(diào)的情況下，利用水印信號(hào)來傳遞隱蔽信息，由此豐富了數(shù)字水印隱藏方法手段。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于QPSK信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取方法，包括以下步驟：射頻水印信號(hào)的嵌入步驟：將載體碼元序列按擴(kuò)頻序列長度分段，將水印比特序列乘以擴(kuò)頻序列得到水印碼元序列，將分段后的載體碼元序列和水印碼元序列疊加，疊加后的基帶信號(hào)采用QPSK調(diào)制發(fā)射；射頻信號(hào)的解調(diào)步驟：移除接收到QPSK信號(hào)的載頻得到基帶信號(hào)，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣得到射頻信號(hào)估計(jì)值，將歸一化的射頻信號(hào)估計(jì)值對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)星座圖點(diǎn)位置得到載體碼元；射頻水印信號(hào)的提取步驟：由載體碼元序列得到水印碼元序列，計(jì)算水印序列和擴(kuò)頻序列得到實(shí)部、虛部兩路水印信號(hào)，再通過符號(hào)函數(shù)判決得到水印比特。進(jìn)一步地，所述射頻水印信號(hào)的嵌入步驟的具體實(shí)現(xiàn)方式為：(11)首先在載體碼元序列x前添加固定的同步頭序列，然后將載體碼元序列根據(jù)水印信息采用的擴(kuò)頻序列長度來分段，每段中載體碼元序列表示為其中，和的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)，N是擴(kuò)頻序列長度；(12)將待傳輸?shù)乃”忍匦蛄谐艘詳U(kuò)頻序列得到水印碼元序列wi，在載體信號(hào)的實(shí)部和虛部分別嵌入一路水印信號(hào)，需要選取兩個(gè)擴(kuò)頻序列u和v，u和v采用相同或不同的擴(kuò)頻序列，水印信號(hào)為wi＝dIui+jdQvi,i＝1,2,…,N，其中，dI和dQ的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)，ui和vi的取值都是±1，分別是u和v中具體的擴(kuò)頻序列值，N是擴(kuò)頻序列長度；(13)根據(jù)水印信號(hào)幅度λ和載體信號(hào)幅度ρ將水印信號(hào)和載體信號(hào)疊加，疊加后得到的信號(hào)si＝ρxi+λwi；(14)采用QPSK調(diào)制方式對(duì)疊加信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的原始信號(hào)表達(dá)式為其中fc是載波頻率，T是碼元周期，j是虛數(shù)單位。進(jìn)一步地，所述射頻信號(hào)的解調(diào)步驟的具體實(shí)現(xiàn)方式為：(21)接收并移除QPSK信號(hào)中的載頻，得到基帶信號(hào)；對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行碼元速率采樣，即一個(gè)碼元采樣一個(gè)點(diǎn)，采樣后的碼元信號(hào)即為射頻信號(hào)的估計(jì)值si；(22)對(duì)射頻信號(hào)估計(jì)值si進(jìn)行歸一化計(jì)算得到歸一化采樣值(23)將歸一化采樣值與標(biāo)準(zhǔn)星座圖中星座點(diǎn)位置xk比較，判決得到載體碼元序列，即載體碼元序列||||表示歐氏距離，argmin表示參數(shù)最小化。進(jìn)一步地，所述射頻水印信號(hào)的提取步驟的具體實(shí)現(xiàn)方式為：(31)歸一化采樣值與載體碼元解調(diào)結(jié)果的差值作為水印信號(hào)提取的原始數(shù)據(jù)其中是歸一化采樣值，是解調(diào)后得到的載體碼元序列，ρ是載體信號(hào)幅度，λ是水印信號(hào)幅度；(32)將水印碼元序列與擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，分別解調(diào)水印信號(hào)中實(shí)部和虛部的兩路水印和式中ui和vi分別是發(fā)射端的兩種擴(kuò)頻序列，和分別是解調(diào)得到的水印信號(hào)；(33)對(duì)得到的兩路水印信號(hào)和通過符號(hào)函數(shù)進(jìn)行判決得到最終水印比特。本發(fā)明還提供一種基于QPSK信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取系統(tǒng)，包括以下模塊：射頻水印信號(hào)嵌入模塊，用于將載體碼元序列按擴(kuò)頻序列長度分段，將水印比特序列乘以擴(kuò)頻序列得到水印碼元序列，將分段后的載體碼元序列和水印碼元序列疊加，疊加后的基帶信號(hào)采用QPSK調(diào)制發(fā)射；射頻信號(hào)解調(diào)模塊，用于移除接收到QPSK信號(hào)的載頻得到基帶信號(hào)，對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行采樣得到射頻信號(hào)估計(jì)值，將歸一化的射頻信號(hào)估計(jì)值對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)星座圖點(diǎn)位置得到載體碼元；射頻水印信號(hào)提取模塊，用于計(jì)算載體碼元序列和歸一化采樣值的差值得到水印碼元序列，在由水印序列和擴(kuò)頻序列得到實(shí)部、虛部兩路水印比特，再通過符號(hào)函數(shù)判決得到水印結(jié)果。進(jìn)一步地，所述射頻水印信號(hào)嵌入模塊包括信號(hào)分段器、信號(hào)轉(zhuǎn)換器、信號(hào)疊加器、調(diào)制發(fā)射器；所述信號(hào)分段器，用于在載體碼元序列x前添加固定的同步頭序列，然后將載體碼元序列根據(jù)水印信息采用的擴(kuò)頻序列長度來分段，每段中載體碼元序列表示為其中，和的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)，N是擴(kuò)頻序列長度；所述信號(hào)轉(zhuǎn)換器，用于將待傳輸?shù)乃”忍匦蛄谐艘詳U(kuò)頻序列得到水印碼元序列wi，在載體信號(hào)的實(shí)部和虛部分別嵌入一路水印信號(hào)，需要選取兩個(gè)擴(kuò)頻序列u和v，u和v采用相同或不同的擴(kuò)頻序列，水印碼元序列為wi＝dIui+jdQvi,i＝1,2,…,N，其中，dI和dQ的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)，ui和vi的取值都是±1，分別是u和v中具體的擴(kuò)頻序列值，N是擴(kuò)頻序列長度；所述信號(hào)疊加器，用于根據(jù)水印信號(hào)幅度λ和載體信號(hào)幅度ρ將水印信號(hào)和載體信號(hào)疊加，疊加后得到的信號(hào)si＝ρxi+λwi；所述信號(hào)調(diào)制發(fā)射器，用于采用QPSK調(diào)制方式對(duì)疊加信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的原始信號(hào)表達(dá)式為其中fc是載波頻率，T是碼元周期，j是虛數(shù)單位。進(jìn)一步地，所述射頻信號(hào)解調(diào)模塊包括信號(hào)處理采樣器、歸一化處理器、信號(hào)比較器；所述信號(hào)處理采樣器，用于接收并移除QPSK信號(hào)中的載頻，得到基帶信號(hào)；對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行碼元速率采樣，即一個(gè)碼元采樣一個(gè)點(diǎn)，采樣后的碼元信號(hào)即為射頻信號(hào)的估計(jì)值si；所述歸一化處理器，用于對(duì)射頻信號(hào)估計(jì)值si進(jìn)行歸一化計(jì)算得到歸一化采樣值所述信號(hào)比較器，用于將歸一化采樣值與標(biāo)準(zhǔn)星座圖中星座點(diǎn)位置xk比較，判決得到載體碼元序列，即載體碼元序列||||表示歐氏距離，argmin表示參數(shù)最小化。進(jìn)一步地，所述射頻水印信號(hào)提取模塊包括水印碼元計(jì)算器、水印比特計(jì)算器、水印判決器；所述水印碼元計(jì)算器，用于將歸一化采樣值與載體碼元解調(diào)結(jié)果的差值作為水印信號(hào)提取的原始數(shù)據(jù)其中是歸一化采樣值，是解調(diào)后得到的載體碼元序列，ρ是載體信號(hào)幅度，λ是水印信號(hào)幅度；所述水印比特計(jì)算器，用于將水印碼元序列與擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，分別解調(diào)水印信號(hào)中實(shí)部和虛部的兩路水印和式中ui和vi分別是發(fā)射端的兩種擴(kuò)頻序列，和分別是解調(diào)得到的水印信號(hào)；所述水印判決器，用于對(duì)得到的兩路水印信號(hào)和通過符號(hào)函數(shù)進(jìn)行判決得到最終水印比特。總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明是在底層物理信號(hào)中直接疊加數(shù)字水印信號(hào)，且不影響載體信號(hào)的正常調(diào)制解調(diào)，利用數(shù)字水印信號(hào)來傳遞隱蔽信息。豐富了數(shù)字水印技術(shù)隱藏方法手段。附圖說明圖1是基于正交相移鍵控信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取方法流程圖；圖2是本發(fā)明的QPSK調(diào)制信號(hào)中嵌入水印示意圖；圖3是本發(fā)明的水印原理示意圖；具體實(shí)施方式為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明提出的基于QPSK信號(hào)調(diào)制的射頻水印嵌入和提取方法流程如圖1所示包括：(1)射頻水印信號(hào)的嵌入步驟；(11)首先在載體碼元序列x前添加固定的同步頭序列，然后將載體碼元序列根據(jù)水印信息采用的擴(kuò)頻序列長度來分段，每段中載體碼元序列記為xi。如圖2所示，在QPSK調(diào)制中，載體碼元可以表示為xi=DiI+jDiQ,i=1,2,...,N,---(1)]]>其中，和的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)，N是擴(kuò)頻序列長度，xi就是一個(gè)QPSK信號(hào)的基帶碼元。本實(shí)施例中，同步頭序列是第一個(gè)碼元，固定為x1＝1+j。(12)將待傳輸?shù)乃”忍匦蛄谐艘詳U(kuò)頻序列得到水印碼元序列wi。如圖3所示為水印嵌入原理示意圖，我們?cè)谳d體信號(hào)的實(shí)部和虛部分別嵌入一路水印，因此需要選取兩個(gè)擴(kuò)頻序列，記為u和v。這里的u和v可以采用相同的擴(kuò)頻序列，也可以采用不同的擴(kuò)頻序列，該選擇結(jié)果對(duì)最后的水印解碼結(jié)果沒有影響。因此最后的水印碼元序列為wi＝dIui+jdQvi,i＝1,2,…,N，(2)其中，dI和dQ的取值都是±1，j是虛數(shù)符號(hào)。ui和vi的取值都是±1，分別是u和v中具體的擴(kuò)頻序列值，N是擴(kuò)頻序列長度。本實(shí)施例中，設(shè)定QPSK碼元速率為1000Bd，擴(kuò)頻序列長度為N＝50，即水印碼元速率為20Bd，每50個(gè)載體碼元信號(hào)對(duì)應(yīng)嵌入一個(gè)水印碼元。(13)根據(jù)水印信號(hào)幅度λ和載體信號(hào)幅度ρ將水印信號(hào)wi疊加到步驟1.1中的載體信號(hào)xi，得到疊加后的基帶信號(hào)sisi＝ρxi+λwi。(3)本實(shí)施例中，載體信號(hào)幅度取ρ＝1，水印信號(hào)幅度取λ＝0.05，由此可得，載體信號(hào)幅度是水印信號(hào)幅度的20倍。(14)將疊加后的基帶信號(hào)調(diào)制發(fā)射。本實(shí)施例采用QPSK調(diào)制方式對(duì)基帶信號(hào)si進(jìn)行調(diào)制，調(diào)制后的原始信號(hào)表達(dá)式為：Si(t)=Re[siej2πfct],iT≤t≤(i+1)T,---(4)]]>其中fc是載波頻率，T是碼元周期，j是虛數(shù)單位。本實(shí)施例中設(shè)定載波頻率為fc＝92MHz。(2)射頻信號(hào)的解調(diào)步驟；(21)接收QPSK信號(hào)，移除QPSK信號(hào)中的載頻，得到基帶信號(hào)。對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行碼元速率采樣，即一個(gè)碼元采樣一個(gè)點(diǎn)，采樣后的碼元信號(hào)即為射頻信號(hào)的估計(jì)值si。本實(shí)施例中通過混頻器和低通濾波器移除QPSK信號(hào)中的載頻。(22)對(duì)采樣后的信號(hào)進(jìn)行歸一化后，其步驟為s^i=si/Σi=1Nsi2,---(5)]]>這里進(jìn)行歸一化的目的是消除信號(hào)在傳輸時(shí)幅度衰減對(duì)解調(diào)的影響。其中si是射頻信號(hào)的估計(jì)值。(23)將歸一化的采樣信號(hào)與標(biāo)準(zhǔn)星座圖中星座點(diǎn)位置pk比較，判決得到載體碼元，其過程如下：x^i=argminxk||s^i-xk||,---(6)]]>公式(6)的物理含義是，判決得到的碼元是距離采樣點(diǎn)最近的星座圖點(diǎn)對(duì)應(yīng)的碼元，||||表示歐氏距離，argmin表示參數(shù)最小化，即使得最小的xk。本實(shí)施例中，xk是公式(1)中定義的標(biāo)準(zhǔn)星座圖碼元位置，是信號(hào)解調(diào)后的載體碼元。(3)射頻水印信號(hào)的提取步驟；(31)歸一化的采樣信號(hào)與載體碼元解調(diào)結(jié)果的差值作為水印提取的原始數(shù)據(jù)，將帶入到公式(3)中，可得w^i=1λ(s^i-ρx^i),---(7)]]>其中是公式(5)定義的歸一化采樣值，是公式(6)解調(diào)得到的載體碼元。本實(shí)施例中，ρ和λ均是公式(3)中設(shè)定的參數(shù)，ρ＝1，λ＝0.05。(32)將步驟(31)中得到的水印碼元序列與擴(kuò)頻序列進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算，分別解調(diào)水印碼元序列中實(shí)部和虛部的兩路水印信號(hào)，d~I=1NΣi=1NuiRe(w^i),---(8)]]>d~Q=1NΣi=1NviIm(w^i),---(9)]]>其中和分別是解調(diào)得到的水印信號(hào)。本實(shí)施例中，ui和vi分別是發(fā)射端的兩種擴(kuò)頻序列。(33)對(duì)步驟(32)中得到的兩路水印信號(hào)d^I=sign(d~I),---(10)]]>d^Q=sign(d~Q).---(11)]]>通過如下符號(hào)函數(shù)進(jìn)行判決，即可判定水印比特結(jié)果。sign(x)=1x≥0-1x<0]]>以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3