[发明专利]基于相位编码的自适应音频水印方法及系统

摘要

本发明提供基于相位编码的自适应音频水印方法及系统，嵌入过程包括做FFT时频变换，计算各帧频域信号能够嵌入水印的范围，生成二进制伪随机的扩频序列，进行对于音调成分的判断，采用全局掩蔽阈值得到相位谱的相位掩蔽阈值；得到嵌入水印后的相位谱，生成带有水印的音频文件；检测过程包括做FFT的时频变换，计算各帧频域信号能够嵌入水印的范围，生成二进制伪随机的扩频序列，进行相关统计检验得到水印比特。本发明放宽频谱有音调区域的判断，使得计算的全局掩蔽阈值更精确，在相位谱上根据相位角度的掩蔽阈值自适应的调整水印的嵌入强度，确保音频水印在不可感知的情况下，使水印的嵌入强度最大来确保音频水印的鲁棒性。

主权项

1.一种基于相位编码的自适应音频水印方法，其特征在于：包括嵌入过程和检测过程，所述嵌入过程包括以下步骤，步骤A1，读取音频文件，得到时域的音频信号x和采样率fs1，对时域的音频信号x先分帧，帧长用N表示，x_n表示第n帧时域信号，再做时频变换，得到频域的音频信号的幅值谱X_n以及相位谱步骤A2，根据采样率fs1、帧长N以及根据人耳感知敏感的频率部分预设的嵌入的开始频率FWMIN、结束频率FWMAX，计算各帧频域信号能够嵌入水印的范围，得到此范围的最大值freqmax1和最小值freqmin1，选取此范围内的频域音频信号；freqmin1＝floor((FWMIN×2.0/fs1)×N)freqmax1＝floor((FWMAX×2.0/fs1)×N)其中，floor是向下取整函数；步骤A3，利用密钥key作为随机数种子，生成长度为freqmax1‑freqmin1+1的二进制伪随机的扩频序列u；步骤A4，进行对于音调成分的判断如下，P_n[k]_dB‑P_n[k‑j]_dB≥1P_n[k]_dB‑P_n[k‑j]_dB≥7其中，k表示所在的频率局部最大值点，j表示离局部最大值点k的距离，P_n[k]_dB表示第n帧信号的在局部最大值点k处的信号功率，P_n[k‑j]_dB表示距离最大值点j处的信号功率值；根据判断结果，采用全局掩蔽阈值Th_n，得到相位谱的相位掩蔽阈值θ_n；步骤A5，根据伪随机序列u、相位掩蔽阈值θ_n和水印比特b，利用以下公式在音频的相位谱上进行水印的嵌入，得到嵌入水印后的相位谱如下，其中，α为常数，控制水印嵌入的强度；利用频域信号的幅度谱X_n和嵌入水印后的相位谱然后通过欧拉公式得到嵌入水印后的频域信号如下，其中，Y_n为嵌入水印后的频域信号，e为自然指数；步骤A6，将嵌入水印后的频域信号Y_n变换到时域信号y_n，生成带有水印的音频文件；所述检测过程包括以下步骤，步骤B1，读取带有水印的时域音频文件，得到时域的带有水印的音频信号的幅值数据z和采样率fs2，对时域信号先分帧，帧长为N，z_n为待检测信号的第n帧；再做时频变换，得到频域的音频信号的幅度谱Z_n和相位谱ξ_n；步骤B2，根据采样率fs2，帧长N以及根据人耳感知敏感的频率部分预设的嵌入的开始频率FWMIN、结束频率FWMAX，计算各帧频域信号能够嵌入水印的范围，得到此范围的最大值freqmax2和最小值freqmin2，选取此范围内的音频的幅度谱；freqmin2＝floor((FWMIN×2.0/fs2)×N)freqmax2＝floor((FWMAX×2.0/fs2)×N)其中，floor是向下取整函数；步骤B3，利用密钥key作为随机数种子，生成长度为freqmax2‑freqmin2+1的二进制伪随机的扩频序列u；步骤B4，根据以下相关统计检验公式，对伪随机序列u和待检测信号第n帧的相位谱ξ_n，做相关计算，得到待检信号第n帧信号的检测充分统计量r_n；其中，<>表示信号的内积计算；如果检测充分统计量r_n≥0，那么检测到的水印比特b＝1；否则为b＝0。