基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法
2023-08-06 16:23:41
專利名稱：基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法
技術領域：
本發明所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，涉及數字多媒體防偽和 信息安全保護領域，具體的說是一種能夠抵抗去同步攻擊的數字音頻水印新方法。
背景技術：
目前隨著數字媒體技術的快速發展以及網絡上的廣泛使用，保護版權和認證來源 及完整性就顯得十分重要。數字水印(Digital Watermarking)由此而受到人們的高度重 視，並已成為國際學術界研究的一個熱點.所謂數字音頻水印，就是將具有特定意義的標 記(水印)，利用數據嵌入的方法隱藏在數字音頻產品中，用以證明創作者對其作品的所有 權，並作為鑑定、起訴非法侵權的依據，同時通過對水印的檢測和分析保證數字信息的完整 可靠性，從而成為智慧財產權保護和數字多媒體防偽的有效手段.所謂去同步攻擊(Desynchronization attack)，並非指該種攻擊能夠從含水印對 象中去除水印信息，而是指其可以將數字水印變形到檢測器檢測不出來(即改變水印嵌入 位置)·截止到目前，人們主要採用四種措施設計抗去同步攻擊的穩健音頻水印方案，分別 為窮舉搜索、擴頻水印擴頻碼相結合、利用原始音頻重要特徵、同步碼等.其中，窮舉搜索 方案具有計算量較大、虛警率較高等弱點；擴頻水印擴頻碼相結合方案無法實現水印信息 的盲檢測；利用原始音頻重要特徵方案具有特徵點提取不穩定、所需閾值過多而不利於實 際應用等不足；同步碼水印方案普遍存在水印容量受限、難以抵抗惡意攻擊等問題。針對上 述現有技術中所存在的問題，研究設計一種新型的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方 法，從而克服現有技術中所存在的問題是十分必要的。
發明內容
鑑於上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是研究設計一種新型的基於直 方圖不變特性的數字音頻水印方法，從而解決由於窮舉搜索方案具有計算量較大、虛警率 較高等弱點；擴頻水印擴頻碼相結合方案無法實現水印信息的盲檢測；利用原始音頻重要 特徵方案具有特徵點提取不穩定、所需閾值過多而不利於實際應用等不足；同步碼水印方 案普遍存在水印容量受限、難以抵抗惡意攻擊等問題。本發明所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，包括非下採樣離散小波 變換，頻域直方圖的提取，數字水印的嵌入與數字水印的檢測，具體步驟如下第一步、對原始音頻進行非下採樣離散小波變換，得到具有音頻信息的低頻區域 和高頻區域信息；第二步、從得到的音頻低頻區域中提取出具有不變特性的頻域直方圖；第三步、對獲得的頻域直方圖進行處理，將頻域直方圖分成若干組，每組包含4個 bin，對於每一個組而言，每一個水印位將依靠每一個組中相鄰4個bin的係數再分配來完 成數字水印的嵌入，通過修改頻域直方圖中每一個組的相鄰4個bin的係數關係，達到嵌入 數字水印的目的；
第四步、對應數字水印嵌入過程，數字水印的檢測，是依靠提取到的含水印頻域直 方圖中相鄰4個bin之間的關係來確定。本發明所述的數字音頻進行非下採樣離散小波變換的步驟如下
toon] 在一個正交小波變換中，存在一個尺度函數Φ (t)與一個母小波ψα)，尺度函 數Φα)可以從多解析度函數L2 (R)中獲得，函數{2m/2ct(2m/2l-n)}是VmW正交基，函數 {2m/2 Ψ (2ffl/2l-n)}是Wm的正交基，同時
權利要求
1.一種基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，其特徵在於包括非下採樣離散小波 變換，頻域直方圖的提取，數字音頻水印的嵌入與數字音頻水印的檢測，具體步驟如下第一步、對原始音頻進行非下採樣離散小波變換，得到具有音頻信息的低頻區域和高 頻區域信息；第二步、從得到的音頻低頻區域中提取出具有不變特性的頻域直方圖；第三步、對獲得的頻域直方圖進行處理，將頻域直方圖分成若干組，每組包含4個bin， 對於每一個組而言，每一個水印位將依靠每一個組中相鄰4個bin的係數再分配來完成數 字音頻水印的嵌入，通過修改頻域直方圖中每一個組的相鄰4個bin的係數關係，達到嵌入 數字音頻水印的目的；第四步、對應數字音頻水印嵌入過程，數字水印的檢測，是依靠提取到的含水印頻域直 方圖中相鄰4個bin之間的關係來確定。
2.根據權利要求1所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，其特徵在於所述 的數字音頻進行非下採樣離散小波變換的步驟如下在一個正交小波變換中，存在一個尺度函數Φα)與一個母小波Ψ (t)，尺度函數 Φα)可以從多解析度函數L2(R)中獲得，函數{2"2Φ(2"21-η)}是VmW正交基，函數 {2m/2 Ψ (2ffl/2l-n)}是Wm的正交基，同時廠m+1 = L θ % = Γ。Θ爐。Θ % Θ…Θ %，禾Ij用以上的 函數可以將信號x(t) e L2(R)分解成IVtl,Wtl，W1,…，Wj ；對一含有母小波Ψ⑴連續信號 x(t) e L2(R)進行分解如下
3.根據權利要求1所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，其特徵在於所述 的從得到的數字音頻低頻區域中提取出具有不變特性的頻域直方圖，具體步驟如下 利用非下採樣離散小波變換後的低頻子帶來獲得頻域直方圖，具體可以表示為 H ={h{i)\i = \,2,...,L}其中，異是低頻係數廬=U(Z)I/ = 1,2,的一個向量，&(/) 2 0表示直方圖每一個 bin中所含的樣本數，並且滿足Zll1 h(i) = N €代表bin的數量，μ代表bin的寬度；設低頻係數及的均值和方差為應和< 2，低頻係數的分布概率為P，對於任意整數ε，數據 概率P具有切比雪夫(Chebyshev)不等式ε在正態分布條件下，可以由標準差左建立數據概率的取值；對任意正數K，= Κσ ；於 是，基於正態分布的對稱性，上述分析的標準差子的不變性，數據範圍A可以表示為 Α = [μ- Κσ, μ + Κσ]如果相鄰的4個bin來嵌入一位水印，則頻域直方圖bin的數量Z應該表示為2； = 4Uw，其中K是水印的長度；同時bins的寬度也可以表示為# = 2K% ；嵌入數字音頻水印時，利用音頻載體在低頻子帶中直方圖的不變特性，通過修改頻域直方圖相鄰4個bin中的樣本數來嵌入數字音頻水印；其比例關係如下 _ h(k) + h(k + 2) κ _ h(k + 1) + h(k + 3) 其中，表示kth，(k+l)th，(k+2)th，和(k+3)th4個相鄰bins之間的關係。
4.根據權利要求1所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，其特徵在於所述 的數字音頻水印的嵌入步驟如下設A= {a(i), i = 1,2,…，LaI代表含有La個樣本的音頻載體，F= {f(i)，i = 1， 2，…，LJ表示非下採樣離散小波變換後的低頻子帶；W= {w(i)，i = 1，2，…，LJ為一個 二進位的水印序列；則按照第二章節的計算方法，可以得到低頻係數的均值為1/(01La i = \其嵌入區域為 B = [{\-X)F,{\ + X)F]1)、嵌入規則設直方圖中相鄰4個bins分別為BIN_a，BIN_b，BIN_c，和BIN_d，它們的樣本數分別為Na, Nb, Nc和 ；則採用下列規則來嵌入一個比特的水印信息；{N + N-C->T if w{i) = 1< Nb+Nd『M + Mb d k T if W{i) = 0、Na+Nc其中，T是一個設定的閾值，用來控制性水印的魯棒性；2)、嵌入水印比特為「1」依據嵌入規則，如果嵌入水印比特為「1」，且滿足Na+N。/Nb+Nd ^ T，則不需要對相鄰4 個bins中的樣本數進行修改；如果嵌入水印比特為「廣，而隊+隊/隊+化-— ,Id >-—Nb+Nd Nb+Nd3)、嵌入水印比特為「0」依據嵌入規則，如果嵌入水印比特為「0」，且滿足Nb+Nd/Na+N。^ Τ,則不需要對相鄰4 個bins中的樣本數進行修改；如果嵌入水印比特為「0」，而Nb+Nd/Na+N。< T，則需要將BIN_ a, BIN_c中的樣本數對應移除一部分樣本數Ia和I。，放到BIN_b與BIN_d中，使其滿足 N' b+N' d/N' a+N'。彡Τ.具體的運算方法為
5.根據權利要求1所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，其特徵在於所述 的數字音頻水印的檢測步驟如下算法的數字音頻水印檢測過程，不需要原始數字音頻信號，屬於盲檢測；數字音頻水印 檢測過程如下1)、非下採樣離散小波變換對所得到的含水印數字音頻進行非下採樣離散小波變換，得到含水印音頻的低頻信息；2)、直方圖的提取根據第二章節的頻域直方圖提取算法，求得含水印音頻中低頻信息的直方圖；3)、數字水印的提取設AC，K, AC和為含水印音頻所得直方圖相鄰4個bins所含的樣本數，檢測隱 藏的水印算法如公式
全文摘要
本發明所述的基於直方圖不變特性的數字音頻水印方法，包括包括非下採樣離散小波變換，頻域直方圖的提取，數字音頻水印的嵌入與數字音頻水印的檢測，首先，對原始音頻水印進行非下採樣離散小波變換，得到具有音頻信息的低頻區域和高頻區域信息。其次，從得到的音頻低頻區域中提取出具有不變特性的頻域直方圖。然後，對於獲得的頻域直方圖進行處理，將頻域直方圖分成組，每組包含4個bin。對於每一個組而言，每一個水印位將依靠每一個組中相鄰4個bin的係數再分配來完成水印的嵌入。最後，通過修改頻域直方圖中每一個組的相鄰4個bin的係數關係，從而達到嵌入數字水印的目的。本算法能夠很好的抵抗常規攻擊及去同步攻擊。
文檔編號G10L19/00GK102074237SQ20101056739
公開日2011年5月25日 申請日期2010年11月30日 優先權日2010年11月30日
發明者王向陽, 鮑德旺 申請人:遼寧師範大學