[发明专利]一种用于版权管理的数字音频水印算法

说明书

技术领域

本发明提出了一种用于媒资版权管理的音频水印算法。

背景技术

数字音频水印技术作为信息安全技术领域的一个重要方向，在认证多媒体来源、进行所有权认证和追踪非授权行为得到广泛的应用，具有十分广阔的应用前景^[1]。在广播电视等的节目制作过程当中，希望能对多媒体素材的使用情况能进行及时的统计分析，以便进行媒体资料和版权使用的管理。通过在多媒体资料中加入用于标识特定素材的水印信息，之后通过水印解码得到相关素材的使用情况，可以为媒资管理过程提供更为便捷、有力的支持。

基于实际的需要，我们需要水印在媒资版权管理系统有如下特点。1)能标识版权、媒资信息，需要嵌入的水印信息具有一定信息容量。2)具有一定安全性，避免未授权方恢复和修改水印。3)更强的鲁棒性。在音频内容的使用过程中，可能会对音频做一些编辑，如任意位置的剪切、拼接、MPEG压缩等等。要求嵌入的水印较高的鲁棒性，在经过编辑操作且能分辨出原始内容的情况下，也可以顺利解出嵌入信息并可由此得到时长信息。4)能确认嵌入信息的时长，且具有一定的时间精度。以便于对播放的内容进行时长统计。用于对需要付费的节目使用时间管理等。

从Tirkel等人提出数字水印的概念以来，短短十几年时间里，数字水印技术的发展可以说是日新月异，并逐步深入和成熟。数字水印技术的发展包括数字水印算法的设计、数字水印攻击、数字水印算法的测试及评判、数字水印技术的理论研究等等。Cox等人提出的扩频水印的算法在数字水印技术发展中具有里程碑的意义。Cox等人认为，数字水印不仅要达到不可感知性，即实现隐蔽通信，还要抵抗各种攻击，具有鲁棒性。因此他认为，在保证不可感知性的同时，要把水印信息嵌入到宿主信号的感知最主要部分。之后，各种鲁棒性算法如雨后春笋般涌现出来。目前，在水印的调制方式上，一般把水印算法分为基于Cox提出的扩频水印类算法和Chen等人提出的量化索引调制水印算法(QIM)。由于扩频水印在进行解码时载体音频会对水印信号有一定影响，因此在解码时需设法减少这种影响从而提高水印的鲁棒性。由于载体音频的影响，扩频水印方法的嵌入的码率受到一些限制，在通过水印对素材进行使用统计时的时间精度不高。另外，如果水印的同步信号一旦出现误码会导致整个一个周期的水印信息丢失，使得水印算法在随机剪切、拼接、插入等常见多媒体编辑操作后的出现很多水印信息因此而丢失，从而进一步影响到对素材使用情况统计的时长精确率。

发明内容

本发明的目的在于，为克服目前的算法存在嵌入水印信息的鲁棒性和时间精度都不高，在进行多媒体编辑的随机剪切、拼接等操作后水印信息丢失严重，导致很难对嵌入的水印信息分析得到多媒体素材的使用情况进行精确统计等问题，本发明提出一种用于媒资版权管理的音频水印算法。

为达到上述目的，本发明提出了一种用数字音频水印进行版权管理的方法，该方法包含水印信息的嵌入方法和水印信息的提取检测方法，其中，

所述的水印信息的嵌入方法包含以下步骤：

(1-1)水印信息预处理，首先对水印信息的加密和编码，得到水印编码信息序列{e_i，0≤i＜L_B}；

(1-2)对得到的水印编码信息{e_i，0≤i＜L_B}进行成帧封装；

首先，将嵌入的含媒资版权管理信息的水印编码信息分成N段，并以不同的扩频码标识不同的分段；然后，将每个水印编码信息的分段之前都加入一位同步位，信息位和同步位采用不同的扩频码，得到水印嵌入信息{w_i，0≤i＜L_S+L_B}；

(1-3)对得到的水印嵌入信息{w_i，0≤i＜L_S+L_B}序列进行基带平衡调制，调制时将一个比特的水印嵌入信息隐藏在连续几帧的音频信号之中，得到平衡基带调制后的信号S；

(1-4)将信号S调制到原始音频信号中，调制公式如下；

Y(n)＝X(n)·10^{w(n)·S·α(n)}

其中，{X(n)，0＜n＜N}为待嵌入水印的音频信号在频域的幅值，且X(n)单位为dB；{w(n)，0＜n＜N}为扩频码，该扩频码由嵌入比特的类型是信息位还是同步位来确定，α(n)通过心理声学模型计算得出，用于控制嵌入能量；