[发明专利]一种基于多回声核的音频水印方法

摘要

本发明公开了一种基于多回声核的音频水印方法，属于音频信号处理领域。首先对二进制的原始水印信号进行处理，通过衰减系数和回声延迟点位置决定回声核，将多路回声嵌入到原始的音频信号中。提取水印时采用能量倒频谱分析的方法对信号进行解码，提取出相应水印信息。嵌入过程采取了回声缓存手段，使得同步性能好，解决了音频信号遭到随机剪切时所带来的水印破坏问题，解决了多重回声中回声相互干扰的问题，提高了数据的容量，添加了奇偶校验信息，增强了系统的抗恶意攻击的能力，具有很高的鲁棒性。

主权项

一种基于多回声核的音频水印方法，其特征在于，包括如下步骤：水印的嵌入过程：步骤一：将待嵌入的信息编码为二进制水印序列{a₀a₁a₂…a_(J*U)‑1}，其中a_n是0或1，0≤n≤(J*U)‑1；所述的二进制水印序列长度为M＝U*J比特，其中J、U均为大于等于1的正整数；J为预设的回声的路数，U为每路回声嵌入的二进制序列比特数；步骤二：将步骤一获得的二进制水印序列嵌入到对应的音频信号中，具体方法如下：(1)首先将原始音频信号X(n)进行分段，分段时间为秒，其中F_s为采样率，分段之后的第i段音频信号写作X_i(n)；(2)将步骤一获得的M比特二进制水印信息{a₀a₁a₂…a_(J*U)‑1}转化成大小为U×J的矩阵：$\left[\begin{array}{cccc}{a}_0& a_U& ...& a_{U(J-1)}\\ & & & .\\ a_1& a_{U+2}& ...& .\\ & & & .\\ .& & & .\\ .& ...& ...& .\\ .& & & .\\ a_{U-1}& a_{2U-1}& ...& a_{(J*U)-1}\end{array}\right];$然后将每列从上往下写作一个新的二进制数，并将其转化为十进制数，得到J个十进制值{b₁ b₂ … b_J}并进行保存；(3)根据这J个十进制值确定J路回声信号的延迟：d₁、d₂、…、d_J；d₁＝A+F×b₁d₂＝d₁+F×b₂+K···d_J＝d_J‑1+F×b_J+K其中参数A代表起始延迟点值；K是段间的保护带长度，也就是不同延迟之间最小的间隔，F是段内分辨率，也就是同一路延迟不同值之间的间隔；然后，对每一段音频X_i(n)，将X_i(n)延迟d₁个延迟点，然后乘以衰减系数α，即得到第1路回声信号αX_i(n‑d₁)；同理，依次获得X_i(n)的其余回声信号αX_i(n‑d₂)、…、αX_i(n‑d_J)，即得到J路回声信号；(4)根据步骤一中M比特二进制水印序列中“1”的个数确定1比特的奇偶校验信息；将二进制水印序列按照如下方法嵌入到每一段音频X_i(n)中，直至整个音频全部嵌入完毕：如果奇偶校验信息为‘0’，代表M比特二进制水印序列中“1”的个数为奇数，则第i段的含水印信号：Y_i(n)＝X_i(n)+αX_i(n‑d₁)+αX_i(n‑d₂)+…+αX_i(n‑d_J).如果奇偶校验信息为‘0’，代表M比特二进制水印序列中“1”的个数为偶数，则第i段的含水印信号：Y_i(n)＝X_i(n)‑αX_i(n‑d₁)‑αX_i(n‑d₂)‑…‑αX_i(n‑d_J)(5)将嵌入水印的每段音频信号Y_i(n)首尾连接起来获得含水印音频信号Y(n)；水印的提取过程：步骤一：对待检测的音频信号Y′(n)进行分段，分段长度为秒，记分段后的第i段音频信号为Y′_i(n)；步骤二：计算待检测的每段音频信号的能量倒频谱，第i段音频信号Y′_i(n)的能量倒频谱P_y′i(n)为：P_y′i(n)＝{IFFT(log(|FFT(Y_i′(n))|²))}²步骤三：提取出水印信息；方法如下：(1)对待检测的每个分段音频信号Y′_i(n)，检测其能量倒频谱P_y′i(n)的各峰值点位置，并将检测到的峰值点位置记录为d₁′、d₂′、…、d_J′(2)计算{b₁′ b₂′ … b_J′}，即：$\begin{array}{c}{b_1}^{\′}=({d_1}^{\′}-A)/F\\ {b_2}^{\′}=({d_2}^{\′}-{d_1}^{\′}-K)/F\\ .\\ .\\ .\\ {b_J}^{\′}=({d_J}^{\′}-{d_{J-1}}^{\′}-K)/F\end{array}$(3)将{b₁′ b₂′ … b_J′}中的每个元素四舍五入取为整数后分别转换为U位二进制，并将这些转换后的二进制数首尾相接组成一个新的二进制数，认为该二进制数即为所提取出的水印。