基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法
2023-10-10 03:58:19 1
專利名稱：基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法
技術領域：
本發明涉及一種水印嵌入和提取的方法，特別涉及一種基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，屬於信息安全技術領域。
背景技術：
數字水印是信息隱藏(Information Hiding)技術研究領域中的ー個重要分支,它在多媒體信息的版權保護中起著重要的作用。數字音頻水印是通過將水印嵌入到音頻信號中來顯示音頻信號的真實性和所有權的ー種技術，它包括水印的嵌入和提取兩個部分。音頻水印應該滿足以下要求(I)隱蔽性在音頻信號加入水印後，所加的數字水 印不能影響原音頻信號的質量；(2)魯棒性嵌入的水印數據不能被未經授權的使用者通過常用的信號處理操作和攻擊來移除或消除；(3)安全性安全性意味著水印只能由被授權的人檢測到。(Pranab Kumar Dhar, Isao Echizen. Robust FFT Based WatermarkingScheme for Copyright Protection of Digital Audio Data. 2011 SeventhInternational Conference on Intelligent Information Hiding and MultimediaSignal Processing,2011:181-184.)
近年來，已經有很多水印算法被提出用來產生強健和隱蔽的音頻水印。ー些方法在音頻信號的時域內嵌入水印。另外的水印技術採用了變換的方法來嵌入水印，例如離散傅立葉變換(DFT)，離散餘弦變換(DCT)或者離散小波變化(DWT)。(UP Bassia, I Pitas,N Nikolaidis. Robust Audio Watermarking in the Time aomain. IEEE Transactionon Multimedia，June. 2011: vol. 3，no. 2，pp. 232-241. 2、L Xiej J Zhang, H He. RobustAudio Watermarking Scheme Based on Nonuniform Discrete Fourier Transform, inProceedings of IEEE International Conference on Engineering of IntelligentSystem，2006:1-5. 3、G Zengj Z Qiu. Audio Watermarking in DCT: Embedding Strategyand Algorithm, in Proceedings of 9th International Conference on bigna丄Processing (ICSPi 09),2008: 2193-2196. 4、M Pooyanj A Delforouzi. Adaptive andRobust Audio watermarKing in Wavelet Domain, in Proceedings of InternationalConference on International Information Hiding and Multimedia signal Processing(IIH-MSP 2007), 2007: vol. 2，pp. 287-290.)而離散餘弦變換水印算法因為其計算量較小的特性，使得學者對於該領域的研究較多。離散餘弦變換(DCT)的解析形式如下
權利要求
1.一種基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，其特徵在於包含以下步驟 第一步，計算時域分段序列能量並排序，對採樣過後的原始音頻時域序列進行分段，對分段後的原始音頻時域序列分別計算每段的能量，按分段能量的大小對各個分段進行排序，並建立能量索引來記錄排序後分段在排序前的位置序號； 第二步，能量選擇，按照降維後水印圖片矩陣的大小，根據能量索引從整個時域分段的離散餘弦變換係數數組中選擇N個能量較大的分段對應的離散餘弦變換係數作為水印圖片嵌入參考點，N的大小由一維水印圖片數組的大小決定； 第三步，水印圖片的嵌入，根據一維水印圖片的矩陣每行的數值，按照一定的嵌入的規則，修改經過離散餘弦變換後相應的低頻離散餘弦變換係數的數值，達到嵌入水印的目的； 第四步，水印圖片的提取，對嵌入水印圖片的音頻信號和原始音頻信號的時域序列分別進行分段並進行離散餘弦變換，利用分段後的原始音頻時域序列的能量索引，按分段能量的大小從兩者的離散餘弦變換係數數組中選擇相應的低頻係數進行判決，從而實現水印圖片的提取。
2.根據權利要求I所述的基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，其特徵在於計算時域分段序列能量並排序，具體過程如下 第一步，對原始音頻信號進行分段，讀入原始音頻信號
3.根據權利要求I所述的基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，其特徵在於能量選擇，具體過程如下 第一步，讀入二值水印圖片
4.根據權利要求I所述的基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，其特徵在於水印圖片的嵌入，具體過程如下 f I 厶* ( ) = I 第一步，將一維水印圖片矩陣數值二值化，X4= ,，以提高嵌入水印的魯[-1 b'(k) ^ O棒性； 第二步，按照一定的規則進行水印嵌入，二凡Vf是第力個分段 Rbr IkIL-**■'的低頻離散餘弦變換係數，是嵌入水印的值,s是比例因子。
5.根據權利要求I所述的基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，其特徵在於水印圖片的提取，具體過程如下 第一步，對嵌入水印圖片後的音頻信號進行分段，讀入嵌入水印後的音頻信號=鐵))為對嵌入水印圖片後的時域音頻信號進行採樣後每一位的數值，對D進行分段，每段包含Zl個採樣點，Z 1=16，音頻信號被劃分為L2段，Z2=Z/Z1，得到二維音頻數組￡)*={#(/;幻》1 <]< ￡2,1 <t<幻},,(/,1)為對rf(!)進行劃分後二維音頻數組中每一位的數值； 第二步，對ZJ的每個時域分段進行離散餘弦變換，得到離散餘弦變換係數數組B={e(jM ^ ￡2,1 <k <為每個嵌入水印圖片後的時域音頻分段進行離散餘弦變換後離散餘弦變換係數數組中每一位的數值； 第三步，根據原始音頻信號的能量索引index，分別從C和E中選擇相對應的離散餘弦變換低頻係數進行大小判決，若E中離散餘弦變換低頻係數的數值〉C中離散餘弦變換低頻係數的數值，則判定該位水印圖片數值矩陣數值為1，若E中離散餘弦變換低頻係數的數值〈C中離散餘弦變換低頻係數的數值，則判定該位水印圖片數值矩陣數值為O ; 第四步，將一維水印圖片矩陣升為二維矩陣，實現嵌入水印圖片的提取。
全文摘要
本發明公開了一種基於能量選擇的離散餘弦變換域的音頻數字水印方法，屬於信息安全技術領域。本發明方法包括將水印嵌入音頻載體信號的步驟以及從嵌入水印後的音頻信號中提取水印的步驟，在嵌入水印和提取水印的階段均用到了對時域序列分段及基於時域分段能量選擇的方法，利用離散餘弦變換能量不變及能量壓縮的特性，結合現有的將圖像水印嵌入到低頻離散餘弦變換係數上的音頻數字水印方法，自適應的尋找最佳的圖像水印嵌入點。相比不經過能量選擇的音頻水印技術，本發明方法不僅具有較好的隱蔽性，而且具有對常見的信號處理攻擊抵禦能力強、魯棒性好的特點。
文檔編號G10L19/00GK102664013SQ20121011384
公開日2012年9月12日 申請日期2012年4月18日 優先權日2012年4月18日
發明者張玲華, 王銘 申請人:南京郵電大學