專利名稱：一種用于版權(quán)管理的數(shù)字音頻水印算法的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明提出了一種用于媒資版權(quán)管理的音頻水印算法。
背景技術(shù)：
數(shù)字音頻水印技術(shù)作為信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要方向，在認(rèn)證多媒體來源、 進(jìn)行所有權(quán)認(rèn)證和追蹤非授權(quán)行為得到廣泛的應(yīng)用，具有十分廣闊的應(yīng)用前景[1]。在廣播 電視等的節(jié)目制作過程當(dāng)中，希望能對(duì)多媒體素材的使用情況能進(jìn)行及時(shí)的統(tǒng)計(jì)分析，以 便進(jìn)行媒體資料和版權(quán)使用的管理。通過在多媒體資料中加入用于標(biāo)識(shí)特定素材的水印信 息，之后通過水印解碼得到相關(guān)素材的使用情況，可以為媒資管理過程提供更為便捷、有力 的支持。基于實(shí)際的需要，我們需要水印在媒資版權(quán)管理系統(tǒng)有如下特點(diǎn)。1)能標(biāo)識(shí)版權(quán)、 媒資信息，需要嵌入的水印信息具有一定信息容量。2)具有一定安全性，避免未授權(quán)方恢復(fù) 和修改水印?；酶鼜?qiáng)的魯棒性。在音頻內(nèi)容的使用過程中，可能會(huì)對(duì)音頻做一些編輯，如任 意位置的剪切、拼接、MPEG壓縮等等。要求嵌入的水印較高的魯棒性，在經(jīng)過編輯操作且能 分辨出原始內(nèi)容的情況下，也可以順利解出嵌入信息并可由此得到時(shí)長(zhǎng)信息。4)能確認(rèn)嵌 入信息的時(shí)長(zhǎng)，且具有一定的時(shí)間精度。以便于對(duì)播放的內(nèi)容進(jìn)行時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)。用于對(duì)需要 付費(fèi)的節(jié)目使用時(shí)間管理等。從Tirkel等人提出數(shù)字水印的概念以來，短短十幾年時(shí)間里，數(shù)字水印技術(shù)的發(fā) 展可以說是日新月異，并逐步深入和成熟。數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展包括數(shù)字水印算法的設(shè)計(jì)、 數(shù)字水印攻擊、數(shù)字水印算法的測(cè)試及評(píng)判、數(shù)字水印技術(shù)的理論研究等等。Cox等人提出 的擴(kuò)頻水印的算法在數(shù)字水印技術(shù)發(fā)展中具有里程碑的意義。Cox等人認(rèn)為，數(shù)字水印不僅 要達(dá)到不可感知性，即實(shí)現(xiàn)隱蔽通信，還要抵抗各種攻擊，具有魯棒性。因此他認(rèn)為，在保證 不可感知性的同時(shí)，要把水印信息嵌入到宿主信號(hào)的感知最主要部分。之后，各種魯棒性算 法如雨后春筍般涌現(xiàn)出來。目前，在水印的調(diào)制方式上，一般把水印算法分為基于Cox提出 的擴(kuò)頻水印類算法和Chen等人提出的量化索引調(diào)制水印算法(QIM)。由于擴(kuò)頻水印在進(jìn)行 解碼時(shí)載體音頻會(huì)對(duì)水印信號(hào)有一定影響，因此在解碼時(shí)需設(shè)法減少這種影響從而提高水 印的魯棒性。由于載體音頻的影響，擴(kuò)頻水印方法的嵌入的碼率受到一些限制，在通過水印 對(duì)素材進(jìn)行使用統(tǒng)計(jì)時(shí)的時(shí)間精度不高。另外，如果水印的同步信號(hào)一旦出現(xiàn)誤碼會(huì)導(dǎo)致 整個(gè)一個(gè)周期的水印信息丟失，使得水印算法在隨機(jī)剪切、拼接、插入等常見多媒體編輯操 作后的出現(xiàn)很多水印信息因此而丟失，從而進(jìn)一步影響到對(duì)素材使用情況統(tǒng)計(jì)的時(shí)長(zhǎng)精確 率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，為克服目前的算法存在嵌入水印信息的魯棒性和時(shí)間精度都 不高，在進(jìn)行多媒體編輯的隨機(jī)剪切、拼接等操作后水印信息丟失嚴(yán)重，導(dǎo)致很難對(duì)嵌入的 水印信息分析得到多媒體素材的使用情況進(jìn)行精確統(tǒng)計(jì)等問題，本發(fā)明提出一種用于媒資版權(quán)管理的音頻水印算法。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出了一種用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，該方 法包含水印信息的嵌入方法和水印信息的提取檢測(cè)方法，其中，所述的水印信息的嵌入方法包含以下步驟(1-1)水印信息預(yù)處理，首先對(duì)水印信息的加密和編碼，得到水印編碼信息序列 Iei,0 ^ i < LB}；(1-2)對(duì)得到的水印編碼信息{ei，0 ^ i < Lb}進(jìn)行成幀封裝；首先，將嵌入的含媒資版權(quán)管理信息的水印編碼信息分成N段，并以不同的擴(kuò)頻 碼標(biāo)識(shí)不同的分段；然后，將每個(gè)水印編碼信息的分段之前都加入一位同步位，信息位和同 步位采用不同的擴(kuò)頻碼，得到水印嵌入信息Iwi,0彡i < ls+lb}；(1-3)對(duì)得到的水印嵌入信息Iwi,0彡i < Ls+Lb}序列進(jìn)行基帶平衡調(diào)制，調(diào)制時(shí) 將一個(gè)比特的水印嵌入信息隱藏在連續(xù)幾幀的音頻信號(hào)之中，得到平衡基帶調(diào)制后的信號(hào) S ；(1-4)將信號(hào)S調(diào)制到原始音頻信號(hào)中，調(diào)制公式如下；γ(η) = χ(η) · l(f(n).s"(n)其中，{Χ(η)，0 <n<N}為待嵌入水印的音頻信號(hào)在頻域的幅值，且X(n)單位為 dB ； {w(n),0 <n<N}為擴(kuò)頻碼，該擴(kuò)頻碼由嵌入比特的類型是信息位還是同步位來確定， α (η)通過心理聲學(xué)模型計(jì)算得出，用于控制嵌入能量；(1-5)最后將嵌入水印的信號(hào)Y(Ii)再結(jié)合原來的相位信息做IFFT變換，完成一幀 的嵌入，再將完成水印嵌入的各幀之間做重疊相加，恢復(fù)時(shí)域信號(hào)，得到嵌入水印的音頻信 號(hào)，從而完成水印的嵌入過程；所述的水印信息的提取和檢測(cè)方法包含以下步驟(2-1)相關(guān)解碼，該過程與編碼的過程相反，通過相關(guān)解碼獲得虛警概率和漏警概 率；(2-2)同步過程，該同步過程包含幀同步和數(shù)據(jù)同步，用于解出同步分段的信息 碼；(2-3)分段信息拼接，根據(jù)拼接判定條件將連續(xù)出現(xiàn)且符合周期性規(guī)律的若干完 成解碼的分段拼接在一起，得到音頻的使用時(shí)間信息；其中，拼接判定條件為1)幀同步位置ΡΟ&與上一個(gè)分段的幀同步位置Pos1符合I P0S2-P0S1-Lf I < Ls, Lf 為一個(gè)分段理論上的長(zhǎng)度，Ls根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定；2)得到的擴(kuò)頻碼序號(hào)為之前擴(kuò)頻碼序號(hào)下一個(gè)應(yīng)該出現(xiàn)的序號(hào)；3)解碼結(jié)果與之前一個(gè)周期分段的結(jié)果相同；同時(shí)滿足以上三個(gè)條件便將分段實(shí)施拼接，并計(jì)算拼接的第一個(gè)分段到最后一個(gè) 分段的采樣點(diǎn)距離，然后通過采樣率得到音頻的使用時(shí)間；(2-4)水印信息還原，完成水印信息的提取檢測(cè)。作為本發(fā)明的一個(gè)改進(jìn)，所述的同步過程采用相關(guān)特性減少誤同步，具體步驟 為限定得分Sw超過某一閾值，該參數(shù)的計(jì)算公式如下
權(quán)利要求
1.一種用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，該方法包含水印信息的嵌入方法和水印 信息的提取檢測(cè)方法，其中，所述的水印信息的嵌入方法包含以下步驟(1-1)水印信息預(yù)處理，首先對(duì)水印信息的加密和編碼，得到水印編碼信息序列{ei; 0 ^ i < LB}；(1-2)對(duì)得到的水印編碼信息{ei，0 ^ i < Lb}進(jìn)行成幀封裝； 首先，將嵌入的含媒資版權(quán)管理信息的水印編碼信息分成N段，并以不同的擴(kuò)頻碼標(biāo) 識(shí)不同的分段；然后，將每個(gè)水印編碼信息的分段之前都加入一位同步位，信息位和同步位 采用不同的擴(kuò)頻碼，得到水印嵌入信息{巧，0彡i < Ls+Lb}；(1-3)對(duì)得到的水印嵌入信息Iwi,O < i < Ls+Lb}序列進(jìn)行基帶平衡調(diào)制，調(diào)制時(shí)將一 個(gè)比特的水印嵌入信息隱藏在連續(xù)幾幀的音頻信號(hào)之中，得到平衡基帶調(diào)制后的信號(hào)S ； (1-4)將信號(hào)S調(diào)制到原始音頻信號(hào)中，調(diào)制公式如下； Y(η) = X(η) · 10w(n)-s'a(n)其中，{Χ(η)，0 <n<N}為待嵌入水印的音頻信號(hào)在頻域的幅值，且X(n)單位為dB ； {w(n),0<n<N}為擴(kuò)頻碼，該擴(kuò)頻碼由嵌入比特的類型是信息位還是同步位來確定， α (η)通過心理聲學(xué)模型計(jì)算得出，用于控制嵌入能量；(1-5)最后將嵌入水印的信號(hào)Υ(η)再結(jié)合原來的相位信息做IFFT變換，完成一幀的嵌 入，再將完成水印嵌入的各幀之間做重疊相加，恢復(fù)時(shí)域信號(hào)，得到嵌入水印的音頻信號(hào)， 從而完成水印的嵌入過程；所述的水印信息的提取和檢測(cè)方法包含以下步驟(2-1)相關(guān)解碼，該過程與編碼的過程相反，通過相關(guān)解碼獲得虛警概率和漏警概率； (2-2)同步過程，該同步過程包含幀同步和數(shù)據(jù)同步，用于解出同步分段的信息碼； (2-3)分段信息拼接，根據(jù)拼接判定條件將連續(xù)出現(xiàn)且符合周期性規(guī)律的若干完成解 碼的分段拼接在一起，得到音頻的使用時(shí)間信息； 其中，拼接判定條件為1)幀同步位置Ρ0&與上一個(gè)分段的幀同步位置Pos1符合IPos2-Posi-Lf I <LS，、為 一個(gè)分段理論上的長(zhǎng)度，Ls根據(jù)實(shí)驗(yàn)確定；2)得到的擴(kuò)頻碼序號(hào)為之前擴(kuò)頻碼序號(hào)下一個(gè)應(yīng)該出現(xiàn)的序號(hào)；3)解碼結(jié)果與之前一個(gè)周期分段的結(jié)果相同；同時(shí)滿足以上三個(gè)條件便將分段實(shí)施拼接，并計(jì)算拼接的第一個(gè)分段到最后一個(gè)分段 的采樣點(diǎn)距離，然后通過采樣率得到音頻的使用時(shí)間； (2-4)水印信息還原，完成水印信息的提取檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 同步過程采用相關(guān)特性減少誤同步，具體步驟為限定得分Sw超過某一閾值，該參數(shù)的計(jì)算公式如下sw = YjCik)-W(k)k其中，C(k)為解碼得分； ff(k)為窗函數(shù)，計(jì)算公式如下其中，Lp為統(tǒng)計(jì)得到的正向峰與反向峰的平均距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 水印信息預(yù)處理具體步驟為首先利用若干規(guī)則產(chǎn)生RSA算法的公鑰e和密鑰d ；然后利用RSA算法的加密公式對(duì)水印信息序列加密；加密后的信息IcJ經(jīng)過BCH編碼，形成加密的水印編碼信息Iei, 0彡i < Lb}。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 若干規(guī)則為隨意選擇兩個(gè)大的質(zhì)數(shù)P和q，P不等于q，計(jì)算N = pq ；根據(jù)歐拉函數(shù)，不大于N且與 N互質(zhì)的整數(shù)個(gè)數(shù)為(p-1) (q-Ι)；選擇一個(gè)整數(shù)e與(p_l) (q_l)互質(zhì)，并且e小于(p_l) (q-1)；用以下這個(gè)公式計(jì)算d :，dXe三1 (mod(p-1) (q_l))將ρ和q的記錄銷毀。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 同步過程在搜索同步位的過程中，采用滑動(dòng)相關(guān)的方法，步驟為首先，設(shè)定一個(gè)滑動(dòng)步長(zhǎng)進(jìn)行相關(guān)；然后，取相關(guān)得分的最大的位置作為幀同步的位 置；最后，找到合適的幀同步位置后，進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，確定數(shù)據(jù)的起始位置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 水印信息還原包含以下步驟首先，設(shè)拼接到一起的分段的解碼結(jié)果序列為Iei ‘ }，先將該結(jié)果進(jìn)行BCH解碼得到 信息Ici' }；然后，再將水印信息Ici' }通過RSA算法進(jìn)行解密，得到m'；最后將m'表 示為二進(jìn)制序列Im' J，完成信息的解密過程。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 RSA算法解密步驟為先將Ici' }表示為整數(shù)c'；然后，根據(jù)RSA算法的解密公式進(jìn)行解密，具體解密公式如下c' d = m' (mod N)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 擴(kuò)頻碼為平衡Gold碼。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，其特征在于，所述的 分段信息拼接時(shí)對(duì)于某些孤立出現(xiàn)的分段具體處理步驟為當(dāng)分段同時(shí)符合以下條件時(shí)被拼接到一起；1)幀同步位置PO&與上一個(gè)分段的幀同步位置Pos1符合IP0S2-P0S1-N· LfI < Ls, Lf 與Ls定義與之前相同，且N <分段數(shù)；2)得到的擴(kuò)頻碼序號(hào)為之前擴(kuò)頻碼序號(hào)后N個(gè)應(yīng)該出現(xiàn)的序號(hào)；3)解碼結(jié)果與之前一個(gè)周期分段的結(jié)果相同。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用數(shù)字音頻水印進(jìn)行版權(quán)管理的方法，該方法將水印信號(hào)嵌入到音頻信號(hào)能量的對(duì)數(shù)域中使解碼與幅度無(wú)關(guān)；通過對(duì)嵌入的水印信息的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，使得解嵌結(jié)果的時(shí)長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)精度達(dá)到秒級(jí)，并且在各種剪切、拼接、插入其他音頻信號(hào)等操作下解碼時(shí)間精度和解碼正確率不受影響；嵌入的信息采用RSA數(shù)字簽名算法進(jìn)行加密，使得嵌入信息具有保密性；嵌入算法有效地利用了音頻的短時(shí)平穩(wěn)具有的相關(guān)性減少了載體音頻對(duì)水印信息的干擾，從而顯著地改善了水印解出的成功率和準(zhǔn)確率。本方法通過引入數(shù)字水印技術(shù)對(duì)入媒資庫(kù)的音頻素材進(jìn)行標(biāo)識(shí)，之后通過對(duì)播出流或音頻文件的解碼分析得到素材的使用情況，從而獲得版權(quán)付費(fèi)信息。
文檔編號(hào)G10L19/00GK102074240SQ201010621150
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月24日
發(fā)明者劉建, 趙學(xué)敏, 郭宇弘, 顏永紅 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所, 北京中科信利技術(shù)有限公司