[发明专利]自适应的MP3数字水印嵌入方法

说明书

技术领域

本发明属于音频处理技术领域，还涉及数字水印技术。 

背景技术

随着信息技术和计算机互联网技术的飞速发展，多媒体信息成为人类获取信息的最主要载体。多媒体信息经数字化处理后具有易于加密、抗干扰能力强、可再生等优点。在当前互联网环境里，视频、音频、图像、文字等交流方式和交互内容都得到了极大的发展。其中，作为音频交互内容载体的MP3技术已经成为了音频交互中的主体，在互联网中得到了广泛应用。 

MP3技术诞生于1993～1994年，全称是MPEG1 Audio Layer3，它最初是作为MPEGI(ISO视频编码标准的第一版)标准中的音频部分被设计出来。随着时间的推移，由于MP3体积小，编码效率高，音质损失小，充分利用了人耳听觉特性等一系列优秀特性，在互联网应用中得到了很快的普及和发展。目前互联网上的绝大多数的流行歌曲，用于远程教学的语音材料，各种录制节目中的声音，都使用MP3格式进行编码压缩。MP3不仅有广泛的用户端软件支持，也有很多的硬件支持比如便携式媒体播放器(指MP3播放器)。MP3播放器是一种硬件设备，包含解析MP3格式的数字芯片，可在脱离PC的条件下单独对MP3文件进行解码并播放。 

MP3的普及和广泛应用，使得用户可以在不经媒体出版商许可的情况下在互联网上随意传播媒体内容，同时原有用于媒体版权保护的数字版权管理技术(Digital Right Management，DRM)又不足以完全阻止这种无限制的媒体内容传播，因此MP3盗版充斥着互联网上的音乐领域，给正版MP3的内容提供厂商和应用提供厂商带来了极大的冲击，造成了不可估量的利益损失；此外，由于MP3应用广泛，无完善的签名认证机制，对于盗版版权的追踪十分困难，几乎无法完成。 

这种情况下，数字水印技术的出现为MP3版权保护提供了一种新的技术。数字水印技术的核心思想是将与载体内容相关或不相关的一些标志信息直接嵌入载体内容当中，但不影响原作品的价值，并不能被人的知觉系统觉察或注意到。将其应用到MP3版权保护领域，则是将经内容发行厂商设置的版权信息嵌入至MP3音频流数据当中，但基本不会破坏原MP3音频数据的完整性，与原始MP3文件相比不能被人耳分辨。同时，嵌入的水印与原MP3中实 际的音频数据密不可分，随着音频数据一起被传输，经历和音频数据相同的处理，如压缩、重编码、分割等。通过这些隐藏在实际音频数据中的水印信息，可以达到确认内容创建者、购买者的目的，或者检查MP3内容是否真实完整。同时，多数水印并不要求在验证时被完全提取，一般情况下如果有较大部分(一般认为80％)能够被正确提取就基本可以进行MP3数字版权的认证和追踪。 

综合来看，将MP3技术与数字水印技术相结合，为MP3版权保护提供了新的有效手段，也为数字水印技术的发展应用开辟了一个新天地。 

发明内容

本发明的目的是提出自适应的MP3数字水印算法，即一种向MP3文件中嵌入数字水印信息并能够正确将数字水印信息提取出来的音频水印算法。基于人类听觉模型(Human AudioSystem)，对MP3文件进行编解码得到可以嵌入水印的非零子带，实现向MP3文件中嵌入和提取水印信息，并使嵌入后的水印具有一定的隐匿性和鲁棒性，且不影响原始音频文件的听觉效果。 

本发明提出的向MP3音频文件中嵌入数字水印的方法，其特征在于，包括以下步骤： 

(1)对MP3文件进行解码，得到粒度组； 

(2)根据人耳听觉门槛判定理论和人耳掩蔽效应，在上述第(1)步得到的粒度组中选取适合嵌入水印信息的部分子带； 

(3)将水印信息嵌入到上述第(2)步确定的子带中； 

(4)对嵌入后的粒度组进行重新编码，得到嵌入水印的MP3音频文件。 

上述方法中，对MP3文件进行解码，是根据ISO11172-3和ISO11172-5进行的，包括以下步骤： 

(1)解码头部信息； 

(2)解码边信息； 

(3)解码缩放因子，子带的缩放因子越大，子带对噪音的敏感性越大； 

(4)利用哈夫曼解码，得到粒度组；