[发明专利]音频信号篡改检测与恢复的数字水印算法

摘要

本发明涉及一种用数字音频水印进行语音信号篡改检测与恢复的方法，该方法将原始信号的压缩版本作为水印信号，因此该水印信号不包含其他的冗余信息，在恢复时也不需要其他与原始信号相关的信息，因而该水印具有自恢复性。根据数字水因信号的冗余性，水印信息被嵌入到信号最低有效位中(least significant bits,LSBs)。水印信号可以准确定位信号破碎区域并对其进行恢复。水印信号在能保持较高的信噪比的同时还能够有令人满意的恢复效果。

主权项

1.一种用数字音频水印进行语音信号篡改检测与恢复的方法，其特征在于包括如下具体步骤：参数的设置如下：试验用数据是8000Hz采样率，16bits采样精度的波形文件；取每帧内包含的采样点数n为64，取每个帧组中帧数m为16，每个帧组内的参照值总数k为345，则每帧分配23个参照值，量化后的整型数最大值为8192，量化参数q取为1500，量化结束后，为了简化嵌入过程，将有正有负的量化后参数整体平移，使其原始范围从‑8192～8191变化至0～16383，量化后的参照值每个占据15bits；水印的嵌入过程为：将原始信号分帧，采用的方法是将信号相邻n个采样点分为一帧，帧与帧之间没有重叠部分；(1)对帧进行分组，记每一个帧组中包含m个帧；记原始信号中共有N个采样点，而通常情况下N并不是n×m的整数倍，对于这种情况，为了简化后面的处理，对原始信号进行补零；(2)分帧结束后，将原始数据进行压缩，使用的方法是对原始信号的幅度值除以系数c，得到压缩后的数据；(3)通过随机数算法，打乱帧的顺序，并将相邻的m个帧组成一个帧组；(4)对上述压缩后的数据的向量进行线性变换，得到未量化的参照值；而随机的帧序列是由一个随机数种子生成的，在嵌入水印过程及提取水印过程中，双方采用同一个种子，则可以保证嵌入/提取过程中操作的帧组是同一的帧组；(5)对参照值进行量化操作；(6)把一帧的序号，64bits表示，320bits的五层最高有效位，以及345bits的参照值放入一个哈希函数中，来产生一个31位长的哈希序列；(7)随机生成一个31位长的哈希序列，对于每一帧，使用自身数据相关的31位哈希序列与随机生成一个31位长的哈希序列异或生成的31位数据作为定位数据；(8)将31位定位数据与上述的345位参照值数及8位补零数据一同组成384位替代六层最低有效位数据的水印数据；水印的提取恢复过程为：1)对信号进行分帧分组后，提取信号六位最低有效位，并将每个帧中的最低有效位数据分为两组，一组是用于恢复数据的参照值，另外一组是定位篡改区域的定位数据；每帧中的六位最低有效位共计384位，而其中用于恢复数据的参照值共计345位，而定位数据有31位，篡改区域定位的第一步就是抽取原始数据中31位定位数据；2)得到31位定位数据后，抽取十层最高有效位640位内的内容，与这帧的序号64位，以及345位参照值一同放入哈希函数中计算出一个31位长的哈希序列；通过定位数据判断某帧是否被破坏；3)经过哈希函数得到的31位哈希序列再与提取的31位哈希序列进行异或运算，得到最终31位定位数据；如果在受损定位后发现某个帧组的全部帧都没有受损，那么恢复过程将跳转到下一个帧组；4)判断某帧是否被破坏；5)接收方接收一个信号后，通过与嵌入方相同的随机种子生成嵌入方嵌入水印的帧分组排序，进而获得分组信息；6)如果在受损定位后发现某个帧组的全部帧都没有受损，那么恢复过程将跳转到下一个帧组；7)将提取方提取出的量化参照值经过处理后得到未量化的参照值；8)通过计算得出受破损区域内的信号数据；9)标准一种用数字音频水印进行语音信号篡改检测与恢复的方法化篡改恢复信号。