一種自同步的音頻水印方法
2023-08-06 17:03:26
專利名稱：一種自同步的音頻水印方法
技術領域：
本發明涉及數字水印技術，具體的說，涉及一種適應於短波窄帶信道的自同步音頻水印方法。
背景技術：
數字水印是近年來多媒體信息處理的研究熱點，對於音頻水印的研究有其自身的特點。聲音信號帶寬較窄，在傳輸上比圖像和視頻信號更為便利，形式也更為多樣。像電話，音頻廣播，以及視頻伴音等都是日常生活中所常見的，其覆蓋面非常廣泛。
音頻水印研究至今已產生了多種方法，主要可以分為兩類時域算法和變換域算法。現有技術中的算法研究對象大都是寬帶音頻信號，一般採樣率都為32k或者44.1k。對於窄帶音頻信號，由於其自身的一些特點，現有技術往往無法適用。如短波音頻廣播信號，其特點是帶寬較窄，通常只有4kHz，又由於是天波傳輸，所以幹擾相對較大，並同時伴有幹涉衰落，都卜勒頻移，多徑效應，和同頻臨頻幹擾等問題，因此需要魯棒性更強的算法。同時，現有技術對於數據同步和幀同步的研究也缺少魯棒且有效的方法。
發明內容
本發明的目的是，克服現有技術的不足，針對窄帶音頻信號的特點，提出一種魯棒且有效的自同步的音頻水印方法。
為實現上述發明目的，本發明提供的自同步的音頻水印方法包括水印嵌入方法和水印提取方法，其中水印嵌入方法包括如下步驟1)對輸入的音頻信號進行時-頻變換；2)將同步信息和水印信息轉化為雙向碼基帶信號，採用擴頻序列嵌入的方法在時間上依次將轉化後的同步信息和水印信息嵌入音頻信號頻譜中；3)對嵌入同步信息和水印信息後的音頻信號頻譜進行頻-時變換；水印提取方法包括如下步驟
4)使用通信中滑動相關的方法提取同步信息，完成幀同步和數據同步，根據同步信號的位置得到水印信息的嵌入位置；5)對接收信號的頻譜進行相關檢測，提取雙向碼基帶信號，從雙向碼基帶信號恢復出完整的水印信息。
所述步驟2)中嵌入水印信息的音頻信號頻譜Y(n)=X(n)10wj(n)S,]]>其中X(n)為原音頻信號頻譜，wj(n)為擴頻碼序列，S為雙向碼基帶信號，參數α根據輸入音頻信號，通過掩蔽模型計算得到。
所述步驟2)中嵌入同步信息的音頻信號頻譜Y(n)=X(n)10wj(n)S,]]>其中X(n)為原音頻信號頻譜，wj(n)為擴頻碼序列，S為雙向碼基帶信號，參數α根據輸入音頻信號，通過掩蔽模型計算得到。
所述步驟5)中，進行相關檢測的過程是在同步的條件下，將收到的信號的第k幀變換到頻域，再用擴頻序列wj(n)與該幀信號的頻譜Yk作相關得到相關結果Ck=nwj(n)log10(Yk(n));]]>分別計算第k幀到第k+7幀的相關結果，令I=k=0N/2-1Ck-k=N/2N-1Ck,]]>然後根據I的符號確定雙向碼基帶信號的比特信息。
所述步驟2)中，先對同步信息進行RS編碼，然後再將編碼後的同步信息嵌入音頻信號頻譜中；所述步驟5)中，提取水印信息後，再對其進行RS解碼，得到原水印信息。
所述同步信息是2或3位的同步頭，嵌入時採用與水印信息不同的擴頻碼序列，同步擴頻碼序列是從一組平衡GOLD碼序列中選擇一個，該組平衡GOLD碼序列構成一個PN序列碼本；解碼時，首先用已知的同步擴頻碼序列提取同步頭，當解碼得到同步頭時，用整個碼本中所有的擴頻序列分別去做相關，得到相關最大的碼序列即為同步所使用的擴頻碼序列；進一步精細搜索，用該同步擴頻碼序列在該位置周圍滑動提取相關值，得到相關值最大的位置被確定為同步信號的嵌入位置。
所述同步信息是一個字節的同步頭，同步頭和水印信息使用相同的擴頻碼序列，在嵌入水印信息的時候採取一定的邏輯手段避免碰到與同步頭相同的字節，解碼時，設定一個閾值I0，當解碼解得到同步頭字節，且相關結果大於I0時認為完成了同步。
所述同步頭字節採用「7E」，即「01111110」，同步頭和水印信息使用相同的擴頻碼序列，在嵌入水印信息的時候當碰到連續5個「1」時在其後添一個「0」；在提取水印信息過程中，當碰到連續5個「1」的時候去掉其後的一個「0」。
所述掩蔽模型採用人耳心理模型，其掩蔽曲線的精細度為512個子帶。
對所述水印信息進行冗餘嵌入；對於一組水印信息使用m個擴頻序列進行調製，其中m為大於等於2的整數，然後再把調製後的水印信息嵌入到音頻載體中，在解碼的時候使用各擴頻序列與相應的音頻信號中該擴頻序列嵌入位置的數據作相關，從而恢復出原始水印信息。
對所述的m個水印信息進行數據重組；把水印信息進行數學上的重新排列，得到m組不同的水印信息序列，然後再用m個擴頻序列進行調製；解碼時先使用m個擴頻序列解調得到對應的相關值，然後按照已知的排列規則恢復出m組水印信息序列。
對所述的m組水印信息序列進行可信度度量；對解碼時的相關結果設定一個門限，排除可信度較低的解碼信息，從而進一步的提高水印信息提取的準確率。
與現有技術相比，本發明利用同步信號定位音頻幀的位置和數據起始，應用雙向調製技術，RS糾錯碼技術，冗餘嵌入，數據重組，和可信度度量等技術增強水印信號的魯棒性。另外，本發明把同步信號完全嵌入到頻域中，使得同步信號和水印信息一樣具有很強的魯棒性，在強噪聲的情況下依然能夠完成同步。本發明特別適用於短波音頻廣播信號。對於該信號，嵌入水印的目的是通過在音頻信號中嵌入包含廣播節目來源(如發射臺和發射天線等)的信息，來鑑別接收到的音頻的來源，從而對節目的播出質量進行監測。因此對於水印信號的魯棒性要求較高，但是對於嵌入水印的信息量要求不大。本發明針對這一特點，使用擴頻的方法把同步信號和水印信號依次嵌入音頻信號的FFT的低頻係數中，通過對於同步信號的解碼來定位水印信號嵌入的幀位置和數據起始位置。本發明還提高了掩蔽模型曲線子帶的劃分精度，進一步增強了系統的魯棒性。
圖1是本發明水印嵌入算法框圖；圖2是本發明水印提取算法框圖；圖3是本發明一種實施例的同步碼嵌入方法示意圖；圖4是本發明另一種實施例的同步碼嵌入方法示意圖；圖5a是本發明算法對於時間偏移的魯棒性能示意圖，圖中示出了原始音頻信號的中的水印信息；圖5b是本發明算法對於時間偏移的魯棒性能示意圖，圖中示出了偏移X/2的音頻信號的中的水印信息；圖6是本發明一種實施例的擴頻嵌入步驟的詳細流程圖；圖7是本發明一種實施例的水印信息提取步驟的詳細流程圖。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。
實施例1本發明提供的自同步的音頻水印方法包括水印嵌入方法和水印提取方法。水印嵌入方法的算法如圖1所示，包括如下步驟步驟101，將水印信息進行RS編碼。
步驟102，生成兩個不同的擴頻碼序列(PN序列)，分別分配給水印信息和同步信息，稱為水印信息PN序列和同步PN序列。
步驟103，對輸入的音頻信號進行時一頻變換。即先對音頻信號加漢寧窗分幀，然後FFT，滑動步長為幀長的1/4，得到原始載體(音頻信號)的頻譜X(n)。
步驟104，根據輸入音頻信號，通過掩蔽模型計算得到參數α。該參數用於限制基帶信號的幅度，保證信號不失真。由於短波廣播是窄帶信號，所以使用人耳心理模型二(HAS)。同時為了提高嵌入的強度，把掩蔽模型輸出的掩蔽曲線的精細度由原來的32個子帶提高到512個子帶。這是因為在生成掩蔽曲線的時候，每個子帶的輸出都是該子帶中的最小值，如果使用32個子帶，則嵌入的強度很小，對於噪聲的抵抗能力較差。為了提高嵌入的強度以便增加系統的魯棒性，提高了輸出子帶的精細度，由原來的32個子帶提高到512個子帶，這樣既提高了水印的嵌入強度同時又不會使嵌入強度超過掩蔽曲線而使人耳察覺。
另外，本實施例中的掩蔽模型也可以採用人耳心理模型一，這是本領域普通技術人員容易理解的。
步驟105，採用擴頻序列嵌入的方法嵌入水印信息和同步信息。
根據式(1)在原始載體(即音頻信號)的頻譜X(n)中嵌入隱藏信息，得到Y(n)，Y(n)=X(n)10wj(n)S...(1)]]>式(1)中S代表雙向碼基帶信號。具體來說，當隱藏比特B為1時，令S在前4幀中等於1，而在後4幀中等於-1。當隱藏比特B為0時，則S的取值順序相反。雙向碼沒有直流分量，低頻段的能量較小，而載體相關噪聲的能量集中在低頻段，所以當用相關器進行信息提取時，會在很大程度上減小載體相關噪聲，信噪比會明顯提高。本實施例中，用八個S表示一位水印或同步信息，然後根據式(1)將S嵌入音頻信號中。需注意的是本實施例是在時間上依次嵌入同步信息與水印信息的。
式(1)中wj(n)為擴頻碼序列(PN序列)，由步驟102生成。本實施例中使用的是平衡GOLD碼，其特點是自相關性能好，能夠有效的降低錯誤率。
由於短波廣播信道很窄，所以使用擴頻的方法就很難再單獨留出帶寬用來同步，但是如果要正確的檢測出嵌入水印的信息，首先必須完成兩個方面的同步問題幀同步和數據同步。首先，因為對於音頻信號的處理都是分幀的，在嵌入水印信息的時候也是按照幀為單位嵌入，所以在解碼時首先必須確定每幀的位置才能進行之後的時頻變化和相關等計算。其次，在確定了幀的位置後，數據的同步也是通信系統中必需的，用來確定數據的起始位置。在本發明中，因為主要考慮到水印及同步信號的魯棒性，而擴頻的方法的魯棒性較好，所以把同步信號也嵌入到頻域中，以確保其較好的魯棒性。本實施例中，使用2(或3)個比特信息作為同步標誌，嵌入方法和水印信息的嵌入方法相同，但是使用和水印信息不同的PN序列。如圖3所示，若當前嵌入的是同步標誌，使用同步PN序列，若當前嵌入的是水印信息，使用水印信息PN序列。同步PN序列和水印信息PN序列均在步驟102中生成。同步PN序列是從一組平衡GOLD碼序列中選擇一個，該組碼序列構成一個PN序列碼本。
式(1)中修正項指數中的參數α通過步驟104的計算得到。
步驟106，對Y(n)進行頻-時變換。即對生成的Y(n)再經過IFFT和漢寧窗恢復成時域信號，得到輸出。
本實施例中，水印提取方法的算法如圖2所示，包括如下步驟步驟201，輸入含水印的音頻信號，使用通信中滑動相關的方法，首先用已知的同步PN序列按照提取水印信息的方法滑動提取同步頭(提取水印信息的方法，將在下文中描述本實施例步驟202時詳述)。當解碼得到連續2(或3)比特「1」時，再用整個碼本中所有的擴頻序列分別去做相關求出相應Ii(參數Ii的計算方法在步驟202中給出)，然後按照式(2)得到相關最大的碼序列t=argi[Max(|Ii|)]...(2)]]>如果得到的碼序列t就是同步所使用的PN序列，則進一步精細搜索使用同步的PN序列在該位置周圍滑動提取相關值，得到相關值最大的位置被確定為同步信號的嵌入位置。在確認了同步信號的嵌入位置後，也就相當於完成了幀同步和數據同步，根據同步信號的位置得到水印信息的嵌入位置。
在本實施例中，假設信號中沒有嵌入任何的水印信息，且近似為平穩的白噪聲信號，碼錶的大小為127，則誤同步率計算如式(3)所示，為1/2·1/2·1/127·1/127＝1/64516(3)通過實驗驗證，該誤同步率滿足實際的使用要求。
步驟202，在得到水印信息的嵌入位置後，對隱藏的水印信息進行提取。水印的提取是通過對接收信號的頻譜進行相關檢測。在同步的條件下，將收到的信號的第k幀變換到頻域，再用擴頻序列wj(n)與該幀信號的頻譜Yk作相關得到相關結果Ck，如式(4)所示Ck=nwj(n)log10(Yk(n))]]>=nwj(n)(log10Xk(n)+wj(n)Sk)...(4)]]>=Skwj2(n)+wj(n)log10Xk(n)]]>由於wj(n)是PN序列，Xk(n)是原始音頻信號，理論上兩者不相關，所以(4)式的第二部分應該很小，而第一部分是wj(n)的自相關，根據PN序列的特性其絕對值應該較大，因此Ck的正負取決於Sk的取值。
根據上面的算法分別計算第k幀到第k+7幀的相關結果，然後根據(5)式確定水印比特信息。
I=k=0N/2-1Ck-k=N/2N-1Ck...(5)]]>其中N＝8，當I＞0時，接收比特B』為1，當I＜0時，接收比特B』為0。
按照上述方法，就可以提取出隱藏的水印信息。
步驟203，對提取出的水印信息進行RS解碼，得到最初輸入的水印信息。
本實施例中，步驟202中提取水印信息是在同步的前提下進行的。而步驟201中提取同步頭時，則需要按一定的步長進行搜索。
由於滑動相關逐位搜索計算量較大，為了降低計算量，參照D.Kirovski(「Spread-Spectrum Watermarking of Audio Signals」，IEEE Transactions onSignal Processing，Vol.51，No.4，April 2003，pp.1020-1033)對音頻水印去同步攻擊的分析，對於嵌入算法的時域平移特性進行分析。假設音頻處理的幀長為X，則滑動步長為X/4，八個音頻幀中完整嵌入一個比特的數據，嵌入圖像如圖5a所示。可以看到，一個比特的信息嵌入在2X長度的音頻信號中，如果原始信號發生偏移，但還希望能保持正確的解碼，即在原來嵌入「1」的位置解碼結果依然為I＞0，則理想情況下該算法最多可以抵抗小於X/2的時間尺度上的偏移。如圖5b所示，只要音頻信號的偏移小於這個範圍，則不會產生解碼錯誤，僅僅是其相關值I的幅度發生了變化。因此說明使用的嵌入水印的算法對於同步並不敏感，只要使得滑動步長小於X/2，則依然會保持正確的解碼。在實用中，考慮到音頻信號處理間的相互重疊和信號的時變，計算量和相關值的幅度等因素，我們使用X/20或X/16為步長進行滑動相關即可得到較滿意的同步效果。
對於其他方面的偏移，如時間尺度上的拉伸，頻域上的偏移和拉伸，在短波通信中都不明顯，例如頻率上的偏移，通常的都卜勒頻偏僅僅有1-2Hz，對於解碼的影響不大。
實施例2
本實施例與實施例1基本相同，區別之處在於採取了另一種同步方法。
本實施例中，參考圖1，水印嵌入方法步驟101，103，104，106與實施例1完全一致。參考圖2，水印提取方法步驟203也與實施例1完全一致。下面敘述與實施例1有區別的步驟。
水印嵌入方法在步驟102中，生成一個擴頻碼序列(PN序列)，供嵌入水印信息和同步標誌時使用。
在步驟105中，採用擴頻序列嵌入的方法在不同時間段分別嵌入水印信息和同步信息。其嵌入方法即按式(1)將X(n)轉化為Y(n)，與實施例1相同。區別之處在於，本實施例中，使用一個字節的同步頭「7E」，即「01111110」，作為同步標誌。如圖4所示，這裡同步標誌和水印信息使用相同的PN序列，該PN序列在步驟102中生成。在嵌入水印信息的時候當碰到連續5個「1」時在其後添一個「0」。
另外，這裡的同步頭並不限於使用「7E」，只要可以採用一定方法使得同步頭與水印信息相區別即可，這是本專業領域的普通技術人員容易理解的。
水印提取方法在步驟201中，使用滑動相關的方法進行解碼，為了增加相關閾值的差別以便提高同步準確率，通過式(6)計算同步頭相關值，I=k=07|Ik|...(6)]]>其中Ik的計算方法與實施例1中的Ii相同。根據對準確率和同步率的要求，設定一個閾值I0，當解碼解得信息序列「7E」，且I∑＞I0時認為完成了同步，之後進入步驟202。
在步驟202中，按照和實施例1一樣的方法進行水印信息的提取。在提取水印信息過程中，當碰到連續5個「1」的時候去掉其後的一個「0」。
實施例3本實施例在實施例1(或實施例2)的基礎上做了改進。
為了能夠適應於在短波傳輸中的一些特別惡劣的情況(例如同頻幹擾，即兩個或多個發射臺使用相同頻率發射不同的節目內容)下，系統依然能夠從接收到的混雜的節目信號中提取出各自不同的水印信息，本實施例使用了包括冗餘嵌入，數據重組和數據可信度度量的方法。
1.冗餘嵌入為了進一步提高水印信息的魯棒性，使其在同頻的環境下依然能夠得到滿意的效果，對水印數據進行冗餘嵌入，具體的嵌入方法如下對於一組水印信息使用三個擴頻序列(相同或不相同)進行調製，假設三個擴頻序列如式(7)所示，w~0=[w00,w01,,w0n]]]>w~1=[w10,w11,,w1n]...(7)]]>w~2=[w20,w21,,w2n]]]>其中n為擴頻序列的長度。由這三個擴頻序列交錯合成一個長度為3n的新的擴頻序列 如式(8)所示，w~=[w00,w10,w20,w01,w11,w21,,w0n,w1n,w2n]...(8)]]>使用該擴頻序列進行調製，按照實施例1步驟105中提到的嵌入方法把水印信息嵌入到音頻載體中。在解碼的時候使用每個擴頻序列與相應的音頻信號中該擴頻序列嵌入位置的數據作相關。假設含水印的音頻信號如式(9)所示，y~=[y00,y10,y20,y01,y11,y21,,y0n,y1n,y2n]...(9)]]>則可以由式(10)得到三個相關值C0，C1，C2，Ck=nwknlog10ykn---(10)]]>其中k＝0，1，2。然後根據第三節的方法求出相應的Ik，根據得到的Ik按照式(11)求出最終的I，從而判定出水印的信息。
I=kIk...(11)]]>2.數據重組考慮到短波信道的衰落具有時變性，忽大忽小，對於水印數據的影響隨著時間的不同變化很大。假設某一時段信道對音頻信號產生了很大的一個影響，則即使根據上面的冗餘嵌入方法，完全可能三個相關值都受到影響，導致最終的解碼結果錯誤。為了避免這樣的現象，把水印信息進行數學上的重新排列，得到三組不同的水印信息序列，然後再用三個擴頻序列進行調製。假設原始的水印信息為m，m如式(12)所示，
m＝[m0，m1，m2，m3，m4，m5](12)則重組後的三個序列可以分別為m0＝[m0，m1，m2，m3，m4，m5]m1＝[m2，m3，m4，m5，m0，m1] (13)m2＝[m4，m5，m0，m1，m2，m3]把式(13)中的三組水印信息序列按照冗餘嵌入的方法使用三個擴頻序列分別嵌入音頻載體中。在解碼端先使用三個擴頻序列解調得到對應的相關值，然後按照已知的排列規則恢復出三組水印序列，再根據冗餘嵌入中的判定水印方法求出I，從而確定水印的信息。這樣的方法的好處在於既使水印序列在某時刻被嚴重幹擾，冗餘嵌入的三組信息都被幹擾產生錯誤，只要其他位置的信息不被幹擾，最終依然能夠得到正確的水印信息。
本實施例中用三個擴頻序列進行冗餘嵌入和數據重組，但容易理解，也可以利用m個擴頻序列進行冗餘嵌入和數據重組，m為大於等於二的整數。其中m取二或三或四時，效果較佳。
3.數據可信度度量對於解碼得到的水印數據，其可信程度是我們關心的一個主要問題。為了確認可信度較高的水印信息，同時丟棄可信度較低的水印信息，基於冗餘嵌入設計了簡單的可信度度量方法。
假設水印信息在傳輸過程中沒有受到任何的幹擾，則從三組水印中解碼得到的Ik應該具有相同的符號，即使用三個擴頻序列解碼並重新排列恢復後得到的水印數據應該完全相同。隨著幹擾的不斷增加，三組水印數據中的不全部相同的位數開始增加，因此三組水印數據中不全部相同的位數可以在一定程度上反映出水印信號的被幹擾情況。我們根據三組水印數據中全部相同的個數來衡量該數據的可信度，全部相同的數據個數越多則水印信息的可信度越大，反之亦然。根據可信度的大小，設定一定的門限，可以排除一些可信度較低的解碼信息，從而進一步的提高水印信息提取的準確率；但是可信度門限也不宜設置過高，因為可信度設置過高可能導致信息的檢出率下降很多從而得不償失。
冗餘嵌入和數據重組是在步驟105中完成的(參考圖1)。本實施例中，步驟105即擴頻序列嵌入的具體流程如圖6所示，包括如下子步驟
步驟301，輸入帶有同步標誌的水印信息。判斷當前信息是否為同步信息，如果是，則將當前信息輸入同步嵌入模塊，進入步驟303；否則，將當前信息輸入冗餘重組嵌入模塊，進入步驟304。
步驟302，輸入音頻信號。判斷是否在當前音頻信號中嵌入同步信息，如果是，則將當前音頻信號輸入同步嵌入模塊，進入步驟303；否則，將當前音頻信號輸入冗餘重組嵌入模塊，進入步驟304。
步驟303，接收音頻信號和同步信息，將同步信息按實施例1(或實施例2)中步驟105所述的方法嵌入音頻信號中。
步驟304，接收音頻信號和水印信息，將水印信息冗餘重組後，再按實施例1(或實施例2)中步驟105所述的方法嵌入音頻信號中。
步驟305，將步驟303和304的輸出組合成完整的含水印的音頻信號。
數據可信度度量是在步驟202中進行(參考圖2)。本實施例中，步驟202即水印信息提取的具體流程如圖7所示，包括如下子步驟步驟401，按照實施例1中步驟202所述的方法初步提取水印信息。
步驟402，初步提取水印信息後，進行數據恢復，得到冗餘重組前的水印信息。
步驟403，進行可信度判定，若可信則輸出水印信息，若不可信，則重新進行數據同步。
權利要求
1.一種自同步的音頻水印方法，包括水印嵌入方法和水印提取方法，其特徵在於，水印嵌入方法包括如下步驟1)對輸入的音頻信號進行時-頻變換；2)將同步信息和水印信息轉化為雙向碼基帶信號，採用擴頻序列嵌入的方法在時間上依次將轉化後的同步信息和水印信息嵌入音頻信號頻譜中；3)對嵌入同步信息和水印信息後的音頻信號頻譜進行頻-時變換；水印提取方法包括如下步驟4)使用通信中滑動相關的方法提取同步信息，完成幀同步和數據同步，根據同步信號的位置得到水印信息的嵌入位置；5)對接收信號的頻譜進行相關檢測，提取雙向碼基帶信號，從雙向碼基帶信號恢復出完整的水印信息。
2.按權利要求1所述的自同步的音頻水印方法，所述步驟2)中嵌入水印信息的音頻信號頻譜Y(n)=X(n)10wj(n)S,]]>其中X(n)為原音頻信號頻譜，wj(n)為擴頻碼序列，S為雙向碼基帶信號，參數α根據輸入音頻信號，通過掩蔽模型計算得到。
3.按權利要求1所述的自同步的音頻水印方法，所述步驟2)中嵌入同步信息的音頻信號頻譜Y(n)=X(n)10wj(n)S,]]>其中X(n)為原音頻信號頻譜，wj(n)為擴頻碼序列，S為雙向碼基帶信號，參數α根據輸入音頻信號，通過掩蔽模型計算得到。
4.按權利要求1所述的自同步的音頻水印方法，所述步驟5)中，進行相關檢測的過程是在同步的條件下，將收到的信號的第k幀變換到頻域，再用擴頻序列wj(n)與該幀信號的頻譜Yk作相關得到相關結果Ck=nwj(n)log10(Yk(n));]]>分別計算第k幀到第k+7幀的相關結果，令I=k=0N/2-1Ck-k=N/2N-1Ck,]]>然後根據I的符號確定雙向碼基帶信號的比特信息。
5.按權利要求1所述的自同步的音頻水印方法，所述步驟2)中，先對同步信息進行RS編碼，然後再將編碼後的同步信息嵌入音頻信號頻譜中；所述步驟5)中，提取水印信息後，再對其進行RS解碼，得到原水印信息。
6.按權利要求3所述的自同步的音頻水印方法，所述同步信息是2或3位的同步頭，嵌入時採用與水印信息不同的擴頻碼序列，同步擴頻碼序列是從一組平衡GOLD碼序列中選擇一個，該組平衡GOLD碼序列構成一個PN序列碼本；解碼時，首先用已知的同步擴頻碼序列提取同步頭，當解碼得到同步頭時，用整個碼本中所有的擴頻序列分別去做相關，得到相關最大的碼序列即為同步所使用的擴頻碼序列；進一步精細搜索，用該同步擴頻碼序列在該位置周圍滑動提取相關值，得到相關值最大的位置被確定為同步信號的嵌入位置。
7.按權利要求3所述的自同步的音頻水印方法，所述同步信息是一個字節的同步頭，同步頭和水印信息使用相同的擴頻碼序列，在嵌入水印信息的時候採取一定的邏輯手段避免碰到與同步頭相同的字節，解碼時，設定一個閾值I0，當解碼解得到同步頭字節，且相關結果大於I0時認為完成了同步。
8.按權利要求7所述的自同步的音頻水印方法，所述同步頭字節採用「7E」，即「01111110」，同步頭和水印信息使用相同的擴頻碼序列，在嵌入水印信息的時候當碰到連續5個「1」時在其後添一個「0」；在提取水印信息過程中，當碰到連續5個「1」的時候去掉其後的一個「0」。
9.按權利要求2或3所述的自同步的音頻水印方法，所述掩蔽模型採用人耳心理模型，其掩蔽曲線的精細度為512個子帶。
10.按權利要求2所述的自同步的音頻水印方法，對所述水印信息進行冗餘嵌入；對於一組水印信息使用m個擴頻序列進行調製，其中m為大於等於2的整數，然後再把調製後的水印信息嵌入到音頻載體中，在解碼的時候使用各擴頻序列與相應的音頻信號中該擴頻序列嵌入位置的數據作相關，從而恢復出原始水印信息。
11.按權利要求10所述的自同步的音頻水印方法，對所述的m個水印信息進行數據重組；把水印信息進行數學上的重新排列，得到m組不同的水印信息序列，然後再用m個擴頻序列進行調製；解碼時先使用m個擴頻序列解調得到對應的相關值，然後按照已知的排列規則恢復出m組水印信息序列。
12.按權利要求11所述的自同步的音頻水印方法，對所述的m組水印信息序列進行可信度度量；對解碼時的相關結果設定一個門限，排除可信度較低的解碼信息，從而進一步的提高水印信息提取的準確率。
全文摘要
本發明涉及一種適應於短波窄帶信道的自同步音頻水印方法，水印嵌入時，將同步信息和進行了RS編碼的水印信息轉化為雙向碼基帶信號，然後採用擴頻序列嵌入的方法在時間上依次將同步信息和水印信息嵌入音頻信號頻譜中；水印提取時，使用通信中滑動相關的方法提取同步信息，完成幀同步和數據同步，然後對接收信號的頻譜進行相關檢測，提取水印信息。本發明利用同步信號定位音頻幀的位置和數據起始，應用雙向調製技術，RS糾錯碼技術，冗餘嵌入，數據重組，和可信度度量等技術增強水印信號的魯棒性。另外，本發明把同步信號完全嵌入到頻域中，使得同步信號和水印信息一樣具有很強的魯棒性，在強噪聲的情況下依然能夠完成同步。
文檔編號H04L25/03GK1848829SQ20051006433
公開日2006年10月18日 申請日期2005年4月14日 優先權日2005年4月14日
發明者雷贇, 劉建, 顏永紅 申請人:北京中科信利技術有限公司, 中國科學院聲學研究所