專利名稱：一種基于對數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實現(xiàn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于對數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實現(xiàn)方法，采用本方法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點，還具有不可感知性好、魯棒性好、復雜度低的優(yōu)點，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。
背景技術(shù)：
數(shù)字水印(Digital Watermarking)是利用人的知覺系統(tǒng)(如視覺或聽覺系統(tǒng))的冗余在圖像、音頻等載體 中嵌入一些標識信息，但不影響原載體的使用價值。根據(jù)水印載體的不同，可將水印技術(shù)分為視頻水印、圖像水印、音頻水印等幾大類。目前視頻、圖像水印技術(shù)已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，由于以下原因，音頻水印漸漸成為了水印研究的重點和熱點其一，音頻應(yīng)用廣泛，是人類交流的重要工具；其二，音頻中存在大量冗余，方便嵌入水印信息。但音頻水印有和圖像水印有很大區(qū)別，主要因為一、音頻是一維信號；二、人類的聽覺系統(tǒng)要比人類的視覺系統(tǒng)靈敏得多，聽覺上的不可感知性上實現(xiàn)起來要比視覺更困難；三、音頻數(shù)據(jù)量較大，且主要應(yīng)用于廣播、在線分發(fā)等環(huán)境，尋找原始音頻十分困難，所以原則上水印的檢測提取不應(yīng)需要原始音頻，即實現(xiàn)盲檢測。通常情況下，音頻水印應(yīng)該滿足以下幾個基本要求(I)不可感知性是指加入水印后影響原始音頻質(zhì)量的程度；(2)魯棒性是指添加了水印的音頻能夠抵抗各種攻擊的程度；(3)容量是指每秒嵌入到原始音頻的水印的數(shù)量；(4)復雜度是指算法的時間和空間復雜度。通常以上要求是相互矛盾的，因此我們往往根據(jù)實際應(yīng)用的需要來選擇一個平衡。目前采用的音頻水印的方法之一是基于擴頻的音頻水印。主要優(yōu)點是可使信號在低功率發(fā)射情況下提高抗干擾能力，隱蔽性高，即使幾個頻段的信號丟失，仍可恢復信號，并且保證只有已知擴展函數(shù)的接收機才能檢測信號，可以實現(xiàn)盲檢測。主要缺點是占用太多頻譜，嵌入量??；盲檢測前提是含水印的音頻信號與水印隨機信號之間必須達到完全同步。為得到較小的水印錯誤提取率，水印長度必須要足夠大，但這樣會增加檢測復雜度并增加時延。目前采用的音頻水印的方法之二是基于量化索引調(diào)制的音頻水印。主要優(yōu)點是具有算法簡單，復雜度低，嵌入的信息量大，容易實現(xiàn)盲提取，并且能夠不可感知性、在魯棒性、和容量之間達到平衡。主要缺點是對噪聲比較敏感，該算法使用固定的量化步長，引入了較大的量化噪聲，因此對于量化噪聲引起的數(shù)據(jù)波動而導致的提取誤碼較高。
發(fā)明內(nèi)容
目前，基于量化索引調(diào)制的音頻水印由于其在各個性能方面較優(yōu)越并能達到較好的平衡，得到廣泛關(guān)注和快速發(fā)展，但目前其量化過程都采取的是均勻量化、固定的量化步長，雖然其很容易實現(xiàn)，但對噪聲敏感且其在魯棒性和不可感知性方面的性能不是足夠好。分析比較上面兩種水印算法，不難發(fā)現(xiàn)音頻水印矛盾在于既需要提高音頻水印的魯棒性，又需要提高音頻水印的不可感知性。為此，本研究從這兩方面考慮，提出了一種新的音頻水印算法，解決現(xiàn)有的算法在魯棒性和不可感知性方面的缺欠，以及克服復雜度高的困難，本發(fā)明有效的把向量范數(shù)的魯棒性和對數(shù)量化的不可感知性結(jié)合起來，通過mu-law壓擴把分段的小波近似系數(shù)的向量范數(shù)轉(zhuǎn)換到變換域，然后嵌入擾亂的二進制水印圖像，經(jīng)過水印攻擊后，提取出二進制水印圖像。本發(fā)明提出的音頻水印算法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點，還具有不可感知性好、魯棒性好、復雜度低的優(yōu)點，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。本發(fā)明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟步驟(I)在發(fā)射端，音頻水印的嵌入過程，步驟依次如下；步驟(I. I)對設(shè)定的原始音頻信號X = Ixi, I彡i彡L}進行2級離散小波變換DWT，采用的小波基是Db4，其中L為原始音頻采樣點的個數(shù)，然后得近似分量B = Ibi,I ( i < L/4}，把近似分量分成MXM個相互不重疊的幀Si, I < i ^ MXM, M是正整數(shù)，每幀3,的長度是-=^^(4\1/\1/)」，這樣每幀隱藏I比特二進制水印信息，其中二進制水印圖像的大小是MXM ；步驟(1.2)根據(jù)公式Oi= ISiI I，S1 = GiUtj ,Uti = S1 / CT1，是個 IXp 維向量，算出每巾貞Si 的向量范數(shù) O i，I < i < MXM,并讓 O max = max( o )，I < i < MXM ；步驟(I. 3)對每巾貞的向量范數(shù)O i做mu-law壓擴，具體計算如下Ci = OiZofflax,入 i = In (1+U Ci)/In (1+U )，d =入 imod A ,A是預先設(shè)定的量化步長，0 ^ A ^ I, u是mu-law壓擴的參數(shù)，0 ^ U ^ 255 ；步驟(I. 4)利用二進制水印圖像W = {wij; I ^ i ^ M, I ^ j ^ M}和混沛序列E = {et] , <M <]J <M，得到擾亂的水印圖像W = {WiJ, I彡i彡M，I彡j彡M}JV = JVeE， 是異或操作，W = Iwij., I彡i彡M，I彡j彡M}將被嵌入到原始音頻信號X中，i、j分別代表圖像矩陣的第i行，第j列，若w(i, j) = I,則按如下規(guī)則修改A j
權(quán)利要求
1.一種基于對數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實現(xiàn)方法，本發(fā)明的特征在于，所述方法依次含有以下步驟 步驟(I)在發(fā)射端，音頻水印的嵌入過程，步驟依次如下； 步驟(1.1)對設(shè)定的原始音頻信號X= {Xi，l≤i≤L}進行2級離散小波變換DWT,采用的小波基是Db4，其中L為原始音頻采樣點的個數(shù)，然后得近似分量B = {bi,1≤ i < L/4}，把近似分量分成MXM個相互不重疊的幀Si, 1≤ i ≤MXM, M是正整數(shù)，每幀3,的長度是p=[L/(4×M×M)」，這樣每幀隱藏1比特二進制水印信息，其中二進制水印圖像的大小是MXM ； 步驟(1. 2)根據(jù)公式
全文摘要
一種基于對數(shù)量化索引調(diào)制的盲音頻水印實現(xiàn)方法屬于音頻水印技術(shù)領(lǐng)域，其特征在于，充分利用向量范數(shù)的魯棒性和基于mu-law壓擴的對數(shù)量化索引調(diào)制的不可感知性，并采用混沌序列加密水印圖像來提高水印的安全性和魯棒性，通過mu-law壓擴把分段的小波近似分量的向量范數(shù)轉(zhuǎn)換到變換域，然后嵌入加密的二進制水印圖像，經(jīng)過水印攻擊后，提取出二進制水印圖像。本發(fā)明提出的音頻水印算法，不僅具有容量高、音質(zhì)好的特點，還具有不可感知性好、魯棒性好、復雜度低的優(yōu)點，在各種水印攻擊的情況下，仍能利用本方法正確的提取出水印，并且此方法能有效的抵抗幅度攻擊。
文檔編號G10L19/00GK102664014SQ20121011425
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月18日
發(fā)明者張鵬, 徐淑正, 楊華中, 王新凱, 王鵬軍 申請人:清華大學