基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法及系統(tǒng)，嵌入過程包括做FFT時頻變換，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印的范圍，生成二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列，進(jìn)行對于音調(diào)成分的判斷，采用全局掩蔽閾值得到相位譜的相位掩蔽閾值；得到嵌入水印后的相位譜，生成帶有水印的音頻文件；檢測過程包括做FFT的時頻變換，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印的范圍，生成二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列，進(jìn)行相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)得到水印比特。本發(fā)明放寬頻譜有音調(diào)區(qū)域的判斷，使得計(jì)算的全局掩蔽閾值更精確，在相位譜上根據(jù)相位角度的掩蔽閾值自適應(yīng)的調(diào)整水印的嵌入強(qiáng)度，確保音頻水印在不可感知的情況下，使水印的嵌入強(qiáng)度最大來確保音頻水印的魯棒性。
【專利說明】
基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字音頻水印領(lǐng)域，尤其涉及基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法及 系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 數(shù)字音頻水印是向音頻信號中添加某些數(shù)字信息以達(dá)到文件真?zhèn)舞b別、版權(quán)保 護(hù)、信息隱藏等目的的信號處理操作?；谙辔痪幋a的自適應(yīng)音頻水印系統(tǒng)是指根據(jù)心理 聲學(xué)模型在相位譜上動態(tài)的調(diào)整水印的嵌入強(qiáng)度，確保音頻水印在滿足不可感知性的條件 下魯棒性最大。傳統(tǒng)的基于相位編碼的音頻水印嵌入算法，直接在相位譜上添加固定強(qiáng)度 水印。如果嵌入水印的強(qiáng)度過大，很容易產(chǎn)生噪聲，影響音質(zhì)；如果嵌入水印的強(qiáng)度過小，在 檢測是不易檢查出來，影響魯棒性。另外音頻信號是動態(tài)變化的，即使在某些區(qū)域嵌入的強(qiáng) 度適宜，但對另一些區(qū)域來說可能嵌入強(qiáng)度過大或過小。這樣的水印嵌入方式使音頻水印 不能同時滿足不可感知性和魯棒性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印技術(shù)方案，使在相位譜的水 印嵌入強(qiáng)度根據(jù)音頻信號自適應(yīng)的調(diào)整，來達(dá)到音頻水印不可感知性和魯棒性的折衷。
[0004] 本發(fā)明技術(shù)方案提供一種基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法，包括嵌入過程和 檢測過程，
[0005] 所述嵌入過程包括以下步驟，
[0006] 步驟A1，讀取音頻文件，得到時域的音頻信號X和采樣率fsl，對時域的音頻信號X 先分幀，幀長用N表示，χη表示第η幀時域信號，再做時頻變換，得到頻域的音頻信號的幅值 譜Χη以及相位譜
[0007] 步驟Α2,根據(jù)采樣率fsl、幀長度Ν以及根據(jù)人耳感知敏感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入 的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印的范圍，得到此范圍的 最大值freqmaxl和最小值freqminl，選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號；
[0008] freqminl=floor((Fm〇NX2.0/fsl) XN)
[0009] freqmaxl = floor ((FWMAX X2.0/fsl)XN)
[0010] 其中，floor是向下取整函數(shù)；
[0011] 步驟A3,利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmaxl-freqminl + l的二進(jìn) 制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u;
[0012] 步驟A4,進(jìn)行對于音調(diào)成分的判斷如下，
[0013]
[0014]
[0015] 其中，k表示所在的頻率局部最大值點(diǎn)，j表示離局部最大值點(diǎn)k的距離，Pn[k]dB表 示第η幀信號的在局部最大值點(diǎn)k處的信號功率，P n[k-j]dB表示距離最大值點(diǎn)j處的信號功 率值；
[0016]根據(jù)判斷結(jié)果，采用全局掩蔽閾值Thn，得到相位譜的相位掩蔽閾值θη;
[0017]步驟Α5，根據(jù)偽隨機(jī)序列u、相位掩蔽閾值θη和水印比特b，利用以下公式在音頻的 相位譜隊(duì)上進(jìn)行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位譜φ!如下，
[0018]
[0019] 其中，α為常數(shù)，控制水印嵌入的強(qiáng)度；
[0020] 利用頻域信號的幅度譜XJP嵌入水印后的相位譜 <，然后通過歐拉公式得到嵌入 水印后的頻域信號如下，
[0021]
[0022] 其中，Υη為嵌入水印后的頻域信號，e為自然指數(shù)；
[0023] 步驟A6,將嵌入水印后的頻域信號Yn變換到時域信號7"，生成帶有水印的音頻文 件;所述檢測過程包括以下步驟，
[0024]步驟Β1，讀取帶有水印的時域音頻文件，得到時域的帶有水印的音頻信號的幅值 數(shù)據(jù)ζ和采樣率fs2,對時域信號先分幀，幀長為Ν，ζη為待檢測信號的第η幀;再做時頻變換， 得到頻域的音頻信號的幅度譜Ζ4Ρ相位譜ξ η;
[0025] 步驟Β2,根據(jù)采樣率fs2,幀長度Ν以及根據(jù)人耳感知敏感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入 的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印的范圍，得到此范圍的 最大值freqmax2和最小值freqmin2，選取此范圍內(nèi)的音頻的幅度譜；
[0026] freqmin2 = floor((Fm〇NX2.0/fs2) XN)
[0027] freqmax2 = floor ((FWMAX X2.0/fs2)XN)
[0028] 其中，floor是向下取整函數(shù)；
[0029] 步驟B3,利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmax2_freqmin2+l的二進(jìn) 制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u;
[0030] 步驟B4,根據(jù)以下相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)公式，對偽隨機(jī)序列u和待檢測信號第η幀的相位 譜ξη，做相關(guān)計(jì)算，得到待檢信號第η幀信號的檢測充分統(tǒng)計(jì)量r n;
[0031]
[0032] 其中，〈·>表示信號的內(nèi)積計(jì)算；
[0033] 如果檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn^0,那么檢測到的水印比特b=l;否則為b = 0。
[0034] 而且，步驟A4中，利用三角關(guān)系得到相位譜的相位掩蔽閾值θη
[0035] 本發(fā)明相應(yīng)提供一種基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印系統(tǒng)，包括音頻水印嵌入子 系統(tǒng)和自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)，
[0036] 所述音頻水印嵌入子系統(tǒng)包括以下模塊，
[0037] 第一時頻轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取音頻文件，得到時域的音頻信號X和采樣率fsl，對時 域的音頻信號X先分幀，幀長用N表示，χ η表示第η幀時域信號，再做時頻變換，得到頻域的音 頻信號的幅值譜Χη以及相位譜Φ?;
[0038]第一嵌入范圍選擇模塊，用于根據(jù)采樣率fsl、幀長度Ν以及根據(jù)人耳感知敏感的 頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印 的范圍，得到此范圍的最大值freqmaxl和最小值freqminl，選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號；
[0039] freqminl=floor((FWMINX2.0/fsl) XN)
[0040] freqmaxl = floor ((FWMAX X2.0/fsl)XN)
[0041 ] 其中，floor是向下取整函數(shù)；
[0042]第一擴(kuò)頻序列生成模塊，用于利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為 freqmaxl-freqminl+1的二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u;
[0043]改進(jìn)的心理聲學(xué)模塊，用于進(jìn)行對于音調(diào)成分的判斷如下，
[0044]
[0045]
[0046]其中，k表示所在的頻率局部最大值點(diǎn)，j表示離局部最大值點(diǎn)k的距離，Pn[k]dB表 示第η幀信號的在局部最大值點(diǎn)k處的信號功率，Pn[k-j]dB表示距離最大值點(diǎn)j處的信號功 率值；
[0047]根據(jù)判斷結(jié)果，采用全局掩蔽閾值Thn，得到相位譜的相位掩蔽閾值θη;
[0048] 加性嵌入模塊，用于根據(jù)偽隨機(jī)序列u、相位掩蔽閾值θη和水印比特b，利用以下公 式在音頻的相位譜％上進(jìn)行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位譜Φ!如下，
[0049]
[0050]其中，α為常數(shù)，控制水印嵌入的強(qiáng)度；
[0051 ]利用頻域信號的幅度譜Χ4Ρ嵌入水印后的相位譜<，然后通過歐拉公式得到嵌入 水印后的頻域信號如下，
[0052]
[0053] 其中，Υη為嵌入水印后的頻域信號，e為自然指數(shù)；
[0054]時頻逆變換模塊，用于將嵌入水印后的頻域信號Yn變換到時域信號7"，生成帶有水 印的音頻文件；
[0055] 所述自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)包括以下模塊，
[0056] 第二時頻轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取帶有水印的時域音頻文件，得到時域的帶有水印的 音頻信號的幅值數(shù)據(jù)ζ和采樣率fs2,對時域信號先分幀，幀長為Ν，ζ η為待檢測信號的第η 幀;再做時頻變換，得到頻域的音頻信號的幅度譜匕和相位譜ξη;
[0057] 第二嵌入范圍選擇模塊，用于根據(jù)采樣率fs2,幀長度Ν以及根據(jù)人耳感知敏感的 頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各幀頻域信號能夠嵌入水印 的范圍，得到此范圍的最大值freqmax2和最小值freqmin2,選取此范圍內(nèi)的音頻的幅度譜；
[0058] freqmin2 = floor((FWMINX2.0/fs2) XN)
[0059] freqmax2 = floor ((FWMAX X2.0/fs2)XN)
[0060] 其中，floor是向下取整函數(shù)；
[0061] 第二擴(kuò)頻序列生成模塊，用于利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為 freqmax2-freqmin2+l的二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u;
[0062]相關(guān)提取模塊，用于根據(jù)以下相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)公式，對偽隨機(jī)序列u和待檢測信號第 η幀的相位譜ξη，做相關(guān)計(jì)算，得到待檢信號第η幀信號的檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn;
[0063]
[0064] 其中，〈·>表示信號的內(nèi)積計(jì)算；
[0065] 如果檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn^0,那么檢測到的水印比特b=l;否則為b = 0。
[0066] 而且，改進(jìn)的心理聲學(xué)模塊中，利用三角關(guān)系得到相位譜的相位掩蔽閾值θη，
[0067] 本發(fā)明選擇在音頻信號的相位譜上嵌入水印依賴于人耳對相位修改的不敏感。通 過放寬對心理聲學(xué)模型一中頻譜有音調(diào)區(qū)域的判斷，來得到更多的有音調(diào)的成分，使得計(jì) 算的全局掩蔽閾值更精確，利用可修改的幅度與可修改相位角度之間的三角關(guān)系得到相位 角度的掩蔽閾值，從而能夠在相位譜上根據(jù)相位角度的掩蔽閾值自適應(yīng)的調(diào)整水印的嵌入 強(qiáng)度，確保音頻水印在不可感知的情況下，使水印的嵌入強(qiáng)度最大來確保音頻水印的魯棒 性。本發(fā)明技術(shù)方案具有重要的市場價值。
【附圖說明】
[0068]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的嵌入子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0069]圖2是本發(fā)明實(shí)施例的檢測子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
[0070]圖3是本發(fā)明實(shí)施例的嵌入過程流程圖 [0071 ]圖4是本發(fā)明實(shí)施例的檢測過程流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0072]下面以具體實(shí)施例結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步說明。
[0073] 本發(fā)明實(shí)施例提供的一種基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印系統(tǒng)，包括音頻水印嵌 入子系統(tǒng)和自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)。
[0074] 參見圖1，本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印嵌入子系統(tǒng)，包括 第一時頻轉(zhuǎn)換模塊1、第一嵌入范圍選擇模塊2、第一擴(kuò)頻序列生成模塊3、改進(jìn)的心理聲學(xué) 模塊4、加性嵌入模塊5和時頻逆變換模塊6,具體實(shí)施時可以采用軟件固化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各模 塊。
[0075] 所述第一時頻轉(zhuǎn)換模塊1，用于將讀取到的時域音頻信號轉(zhuǎn)換為頻域信號，并將時 域音頻信號的相關(guān)信息以及頻域信號輸出給第一嵌入范圍選擇模塊2;
[0076]所述第一嵌入范圍選擇模塊2,根據(jù)讀取到的時域音頻信號的信息(采樣率)和頻 域信號以及人耳較為敏感的頻率范圍計(jì)算此頻域信號可以嵌入水印的范圍，并將可嵌入范 圍內(nèi)的頻域信號輸出給改進(jìn)的心理聲學(xué)模塊4,將該嵌入范圍的最大值和最小值輸出給第 一擴(kuò)頻序列生成模塊3;
[0077]所述第一擴(kuò)頻序列生成模塊3,用于根據(jù)隨機(jī)數(shù)種子和嵌入范圍選擇模塊2輸入的 嵌入范圍的最大值和最小值生成與嵌入范圍同長度的幅值為1或-1均勻分布的隨機(jī)序列， 并將此隨機(jī)序列輸出給加性嵌入模塊5;
[0078]所述改進(jìn)的心理聲學(xué)模塊4，通過放寬心理聲學(xué)模型一中有聲調(diào)區(qū)域的判決條件， 來得到更多的有聲調(diào)區(qū)，從而提供更好的幅值掩蔽閾值，然后根據(jù)可改變閾值與原始幅值 的三角關(guān)系得到可以調(diào)整的相位角度閾值，并將相位角度閾值輸出給加性嵌入模塊5; [0079]所述加性嵌入模塊5,用于根據(jù)生成頻域的帶有水印信息的音頻信號輸出給時頻 逆變換模塊6;
[0080] 所述時頻逆變換模塊6,用于將加性嵌入模塊5輸入的頻域的帶有水印信息的音頻 信號轉(zhuǎn)換為時域的帶有水印信息的音頻信號，并生成音頻文件，得到的帶有水印信息的音 頻文件。
[0081] 參見圖2,本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)，包括 第二時頻轉(zhuǎn)換模塊7、第二嵌入范圍選擇模塊8、第二擴(kuò)頻序列生成模塊9、相關(guān)提取模塊10， 具體實(shí)施時可以采用軟件固化技術(shù)實(shí)現(xiàn)各模塊。
[0082] 所述第二時頻轉(zhuǎn)換模塊7與模塊1的功能基本相同，將產(chǎn)生的結(jié)果輸出給嵌入范圍 選擇模塊8;
[0083] 所述第二嵌入范圍選擇模塊8與模塊2的功能基本相同，將嵌入范圍的最大值和最 小值輸出給擴(kuò)頻序列生成模塊9，將嵌入范圍內(nèi)的信號輸出相關(guān)檢測模塊10;
[0084]所述第二擴(kuò)頻序列生成模塊9與模塊3的功能基本相同，將產(chǎn)生的結(jié)果輸出給相關(guān) 檢測模塊10;
[0085] 所述相關(guān)檢測模塊10,用于根據(jù)嵌入范圍選擇模塊8輸入的信號和擴(kuò)頻序列生成 模塊9輸入的擴(kuò)頻序列，計(jì)算相關(guān)值，根據(jù)相關(guān)值的符號，判斷出水印。
[0086] 各模塊具體實(shí)現(xiàn)參見方法相應(yīng)步驟，本發(fā)明不予贅述。本發(fā)明實(shí)施例提供的一種 基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法，包括嵌入過程和檢測過程。
[0087] 參見圖3,本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印嵌入過程，可以采 用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)手段自動進(jìn)行流程，具體包括以下步驟：
[0088] 步驟A1，讀取音頻文件，得到時域的音頻信號X和采樣率fsl，對時域信號先分幀 (幀長用N表示，χη表示第η幀時域信號)再做時頻變換(例如FFT快速傅里葉變換），分別取頻 域音頻信號幅值譜Χ η以及相位譜
[0089] 步驟Α2,根據(jù)采樣率f si，幀長度Ν以及人耳較為敏感的頻率范圍(本領(lǐng)域技術(shù)人員 可根據(jù)人耳感知特性自行設(shè)定，例如1000-7000HZ)計(jì)算頻域信號幀可以嵌入水印的范圍， 得到此范圍的最大值為freqmaxl，最小值為freqminl，選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號；
[0090] freqminl=floor((FWMINX2.0/fsl) XN) (1)
[0091] freqmaxl = floor ((FffMAX X2.0/fsl)XN) (2)
[0092] FWMIN，F(xiàn)WMAX分別表示人耳較為敏感的最低頻率和最高頻率，即根據(jù)人耳感知敏 感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率、結(jié)束頻率;f 1 oor是向下取整函數(shù)。
[0093] 步驟A3,利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmaxl-freqminl + 1的二進(jìn) 制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u;
[0094] 在MATLAB中的實(shí)施例具體過程如下：
[0095] 首先，利用密鑰key，調(diào)用RandStream函數(shù)（隨機(jī)種子函數(shù))對rand函數(shù)（隨機(jī)數(shù)生 成函數(shù))進(jìn)行初始化，然后調(diào)用rand函數(shù)生成隨機(jī)數(shù)，由于rand函數(shù)生成的隨機(jī)數(shù)是0~1之 間的數(shù)，還需對這些數(shù)進(jìn)行四舍五入變成0和1的二進(jìn)制偽隨機(jī)序列，然后將此單極性的偽 隨機(jī)序列，轉(zhuǎn)為雙極性只含有+1和-1的偽隨機(jī)序列u。
[0096] 步驟A4,修改ISO-MPEG心理聲學(xué)模型一對于音調(diào)成分的判斷，通過得到更多的音 調(diào)成分來得到更準(zhǔn)確的幅度信號的掩蔽閾值，對于最后的掩蔽閾值不采用子帶內(nèi)的最小掩 蔽閾值，而是直接采用全局掩蔽閾值Th n，然后利用三角關(guān)系得到相位譜的相位掩蔽閾值θη。
[0097] 實(shí)施例具體過程如下：
[0098]將IS0-MPEG心理聲學(xué)模型一中頻譜有聲調(diào)區(qū)域判斷條件，在功率譜Ρη的局部最大 值點(diǎn)k必須大于附近所有頻率點(diǎn)7dB，修改為大于附近所有樣本頻率ldB，并且存在大于7dB 的情況Hnm
[0099] (3)
[0100] .⑷
[0101]其中，k表示所在的頻率局部最大值點(diǎn)，j表示離局部最大值點(diǎn)k的距離，Pn[k]dB表 示第η幀信號的在局部最大值點(diǎn)k處的信號功率，Pn[k-j]dB表示距離最大值點(diǎn)j處的信號功 率值。
[0102] 基于以上修改后判斷條件，得到對于音調(diào)成分的判斷結(jié)果后，計(jì)算得到全局掩蔽 閾值Thn。全局掩蔽閾值為信號幅度在不失真情況下可修改的最大的值。在實(shí)軸和虛軸組成 的二維平面內(nèi)，針對頻域點(diǎn)，以掩蔽閾值為半徑構(gòu)成的圓為該頻域點(diǎn)可以修改的區(qū)域，當(dāng)修 改后的頻域點(diǎn)與原點(diǎn)的連線與圓相切時，變動的相位值最大，即為相位角度可變的最大值， 作為相位掩蔽閾值，利用三角關(guān)系可以得到相位掩蔽閾值θ η
[0103]
C5：)
[0104] 步驟Α5,根據(jù)偽隨機(jī)序列u、相位掩蔽閾值θη和水印比特b，利用下面的公式在音頻 的相位譜隊(duì)上進(jìn)行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位譜< :
[0105]
(6)
[0106] 其中，α為常數(shù)，控制水印嵌入的強(qiáng)度，具體實(shí)施時本領(lǐng)域技術(shù)人員可預(yù)設(shè)取值。
[0107] 利用頻域信號的幅度譜Χ4Ρ嵌入水印后的相位譜 <，然后通過歐拉公式得到嵌入 水印后的頻域信號
[0108]
(7)
[0109]其中，Υη為嵌入水印后的頻域信號，e為自然指數(shù)。
[0110]步驟A6,將嵌入水印后的頻域信號Yn變換到時域信號7"，最后生成音頻文件，即得 到帶有水印的音頻文件。
[0111] 各模塊具體實(shí)現(xiàn)參見方法相應(yīng)步驟，本發(fā)明不予贅述。本發(fā)明實(shí)施例提供的基于 相位編碼的自適應(yīng)音頻水印檢測方法，包括嵌入過程和檢測過程。
[0112] 參見圖4,本發(fā)明實(shí)施例提供的基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印檢測方式，可以采 用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)手段自動進(jìn)行流程，具體包括以下步驟：
[0113] 步驟Β1，讀取帶有水印的時域音頻文件，得到時域的帶有水印的音頻信號的幅值 數(shù)據(jù)ζ和采樣率fs2,對時域信號先分幀（幀長同樣為Ν，ζ η為待檢測信號的第η幀)再做時頻 變換(例如FFT快速傅里葉變換），得到頻域的音頻信號的幅度譜Ζ4Ρ相位譜ξ η。
[0114] 步驟Β2,根據(jù)采樣率fs2,幀長度Ν以及人耳較為敏感的頻率范圍計(jì)算此頻域信號 可以嵌入水印的范圍，得到此范圍的最大值為freqmax2,最小值為freqmin2,選取此范圍內(nèi) 的音頻的幅度譜；
[0115] freqmin2 = floor((Fm〇NX2.0/fs2) XN) (8)
[0116] freqmax2 = f loor((FffMAXX 2.0/fs2) XN) (9)
[0117] FWMIN，F(xiàn)WMAX分別表示人耳較為敏感的最低頻率和最高頻率，即根據(jù)人耳感知敏 感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率、結(jié)束頻率;floor是MATLAB里面的向下取整函數(shù)。
[0118] 步驟B3,利用密鑰key，采取和水印嵌入時一樣的方式生成雙極性只有+1和-1的二 值偽隨機(jī)序列u。即利用密鑰key作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmax2_freqmin2+l的二進(jìn) 制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列u。
[0119] 步驟B4,根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)公式（10)，對偽隨機(jī)序列u和待檢測信號第η幀的相位 譜ξη，做相關(guān)計(jì)算，得到待檢信號第η幀信號的檢測充分統(tǒng)計(jì)量r n。
[0120]
(10)
[0121] 式中〈·>表示信號的內(nèi)積計(jì)算。
[0122] 如果檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn^0,那么檢測到的水印比特b=l;否則為b = 0。
[0123] 本發(fā)明中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù) 領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式 替代，但并不會偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法，其特征在于:包括嵌入過程和檢測過程， 所述嵌入過程包括W下步驟， 步驟A1，讀取音頻文件，得到時域的音頻信號X和采樣率fsl，對時域的音頻信號X先分 帖，帖長用N表示，Xn表示第η帖時域信號，再做時頻變換，得到頻域的音頻信號的幅值譜XnW 及相位譜Φ;。； 步驟A2,根據(jù)采樣率fsl、帖長度NW及根據(jù)人耳感知敏感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開 始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各帖頻域信號能夠嵌入水印的范圍，得到此范圍的最大 值打eqmaxl和最小值打eqminl，選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號； freqminl = floor ((FWMIN X2.0/fsl)XN) freqmaxl = floor((FWMAXX2.0/fsl) XN) 其中，floor是向下取整函數(shù)； 步驟A3,利用密鑰k巧作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmaxl-freqminl + 1的二進(jìn)制偽 隨機(jī)的擴(kuò)頻序列U; 步驟A4,進(jìn)行對于音調(diào)成分的判斷如下，其中，k表示所在的頻率局部最大值點(diǎn)，j表示離局部最大值點(diǎn)k的距離，Pn比]dB表示第η 帖信號的在局部最大值點(diǎn)k處的信號功率，Ρη比-j]dB表示距離最大值點(diǎn)j處的信號功率值； 根據(jù)判斷結(jié)果，采用全局掩蔽闊值化n，得到相位譜的相位掩蔽闊值θη; 步驟Α5,根據(jù)偽隨機(jī)序列U、相位掩蔽闊值θη和水印比特b，利用W下公式在音頻的相位 譜恥上進(jìn)行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位譜扣如下，其中，α為常數(shù)，控制水印嵌入的強(qiáng)度； 利用頻域信號的幅度譜Χη和嵌入水印后的相位譜<，然后通過歐拉公式得到嵌入水印 后的頻域信號如下，其中，Υη為嵌入水印后的頻域信號，e為自然指數(shù)； 步驟A6,將嵌入水印后的頻域信號Υη變換到時域信號yn，生成帶有水印的音頻文件;所 述檢測過程包括W下步驟， 步驟B1，讀取帶有水印的時域音頻文件，得到時域的帶有水印的音頻信號的幅值數(shù)據(jù)Z 和采樣率fs2,對時域信號先分帖，帖長為N，Zn為待檢測信號的第η帖;再做時頻變換，得到 頻域的音頻信號的幅度譜Ζη和相位譜寫η; 步驟Β2，根據(jù)采樣率fs2，帖長度NW及根據(jù)人耳感知敏感的頻率部分預(yù)設(shè)的嵌入的開 始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各帖頻域信號能夠嵌入水印的范圍，得到此范圍的最大 值打eqmax2和最小值打eqmin2，選取此范圍內(nèi)的音頻的幅度譜； freqmin2 = floor((FWMINX2.0/fs2)XN) freqmax2 = floor((FWMAX X 2.0/fs2)X N) 其中，floor是向下取整函數(shù)； 步驟B3,利用密鑰k巧作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmax2-freqmin化1的二進(jìn)制偽 隨機(jī)的擴(kuò)頻序列U; 步驟B4,根據(jù)W下相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)公式，對偽隨機(jī)序列U和待檢測信號第η帖的相位譜ξη， 做相關(guān)計(jì)算，得到待檢信號第η帖信號的檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn;其中，<·〉表示信號的內(nèi)積計(jì)算； 如果檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn> 0，那么檢測到的水印比特b = 1;否則為b = 0。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印方法，其特征在于：步驟A4中， 利用Ξ角關(guān)系得到相位譜的相位掩蔽闊值3. -種基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印系統(tǒng)，其特征在于:包括音頻水印嵌入子系統(tǒng) 和自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)， 所述音頻水印嵌入子系統(tǒng)包括W下模塊， 第一時頻轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取音頻文件，得到時域的音頻信號X和采樣率fsl，對時域的 音頻信號X先分帖，帖長用N表示，xn表示第η帖時域信號，再做時頻變換，得到頻域的音頻信 號的幅值譜XnW及相位譜私； 第一嵌入范圍選擇模塊，用于根據(jù)采樣率fsl、帖長度NW及根據(jù)人耳感知敏感的頻率 部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各帖頻域信號能夠嵌入水印的范 圍，得到此范圍的最大值打eqmaxl和最小值打eqminl，選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號； freqminl = floor ((FWMIN X2.0/fsl)XN) freqmaxl = floor((FWMAXX2.0/fsl) XN) 其中，floor是向下取整函數(shù)； 第一擴(kuò)頻序列生成模塊，用于利用密鑰k巧作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmaxl- freqminl+l的二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列U; 改進(jìn)的屯、理聲學(xué)模塊，用于進(jìn)行對于音調(diào)成分的判斷如下，其中，k表示所在的頻率局部最大值點(diǎn)，j表示離局部最大值點(diǎn)k的距離，Pn比]dB表示第η 帖信號的在局部最大值點(diǎn)k處的信號功率，Ρη比-j]dB表示距離最大值點(diǎn)j處的信號功率值； 根據(jù)判斷結(jié)果，采用全局掩蔽闊值化n，得到相位譜的相位掩蔽闊值θη; 加性嵌入模塊，用于根據(jù)偽隨機(jī)序列U、相位掩蔽闊值θη和水印比特b，利用W下公式在 音頻的相位譜取，上進(jìn)行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位譜私如下，其中，α為常數(shù)，控制水印嵌入的強(qiáng)度； 利用頻域信號的幅度譜Χη和嵌入水印后的相位譜柏，然后通過歐拉公式得到嵌入水印 后的頻域信號如下，其中，Υη為嵌入水印后的頻域信號，e為自然指數(shù)； 時頻逆變換模塊，用于將嵌入水印后的頻域信號Υη變換到時域信號yn，生成帶有水印的 音頻文件； 所述自適應(yīng)音頻水印檢測子系統(tǒng)包括W下模塊， 第二時頻轉(zhuǎn)換模塊，用于讀取帶有水印的時域音頻文件，得到時域的帶有水印的音頻 信號的幅值數(shù)據(jù)Z和采樣率fs2,對時域信號先分帖，帖長為N，Zn為待檢測信號的第η帖;再 做時頻變換，得到頻域的音頻信號的幅度譜Ζη和相位譜寫η; 第二嵌入范圍選擇模塊，用于根據(jù)采樣率fs2,帖長度NW及根據(jù)人耳感知敏感的頻率 部分預(yù)設(shè)的嵌入的開始頻率FWMIN、結(jié)束頻率FWMAX，計(jì)算各帖頻域信號能夠嵌入水印的范 圍，得到此范圍的最大值打eqmax2和最小值打eqmin2，選取此范圍內(nèi)的音頻的幅度譜； freqmin2 = floor((FWMINX2.0/fs2)XN) freqmax2 = floor((FWMAX X 2.0/fs2)X N) 其中，floor是向下取整函數(shù)； 第二擴(kuò)頻序列生成模塊，用于利用密鑰k巧作為隨機(jī)數(shù)種子，生成長度為freqmax2- freqmin化1的二進(jìn)制偽隨機(jī)的擴(kuò)頻序列U; 相關(guān)提取模塊，用于根據(jù)W下相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)公式，對偽隨機(jī)序列U和待檢測信號第η帖 的相位譜ξη，做相關(guān)計(jì)算，得到待檢信號第η帖信號的檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn;其中，<·〉表示信號的內(nèi)積計(jì)算； 如果檢測充分統(tǒng)計(jì)量rn>0,那么檢測到的水印比特b=l;否則為b = 0。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于相位編碼的自適應(yīng)音頻水印系統(tǒng)，其特征在于:改進(jìn)的屯、理 聲學(xué)模塊中，利用Ξ角關(guān)系得到相位譜的相位掩蔽闊值
【文檔編號】G10L19/02GK105976823SQ201610458411
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】陳怡 , 高戈, 張康, 劉影, 呂冰
【申請人】華中師范大學(xué)