[发明专利]一种广播音频水印的嵌入与识别方法

说明书

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，尤其涉及一种广播音频水印的嵌入与识别方法。

背景技术

广播系统的声音信号频率范围是0至16000赫兹，在这个频率段，正常人的听觉系统极为灵敏，若在16000赫兹以下的人耳可听频率段嵌入音频水印，会影响载体声音的音质，导致此类电视媒体音频水印技术无法应用在广播系统，所以现有的电视媒体音频水印技术是在人耳所不能感知的频率段嵌入音频水印。除此之外，现有的广播音频水印技术，如应用于阿比创市场研究公司的便携式收听率测量仪(PPM，Portable People Meter)技术，在检测端需要使用专用设备，无法应用于运算能力和电池容量有限的便携设备，如手机、平板电脑等可穿戴电子设备上。

现有的一些技术，通常将水印或者声纹嵌入在音视频文件中，经过数字化传输，如数据压缩拷贝或网络传输等无损方式，接收端直接从数据中提取出水印或声纹，而对于通过有损的传输过程后提取信息的设备，如使用麦克风采集声音的手机、平板电脑等便携设备，嵌入与提取技术不尽完美。

发明内容

本发明提供一种广播音频水印的嵌入与识别方法，以解决现有技术无法在人耳可感知的频率段内将电视媒体音频水印技术应用在广播系统，并且也无法应用于运算能力和电池容量有限的便携设备，如手机、平板电脑等可穿戴电子设备上的技术问题。

技术方案：一种广播音频水印的嵌入与识别方法，包括：确定可嵌入水印信号的时间范围：计算4000至8000赫兹频率范围内载体声音信号的平均功率，根据时域掩蔽效应，若所述载体声音信号的平均功率在预定的时间内均大于预设的阈值，则之后40毫秒的时间范围内，所述载体声音信号可以用来嵌入水印信号；确定所述水印信号的幅度：在所述可嵌入所述水印信号的时间范围内，计算出频域掩蔽阈值曲线，根据频域掩蔽阈值曲线计算出所述水印信号的幅度，对所述水印信号进行处理得到待嵌入的水印信号。

进一步的，所述一种广播音频水印的嵌入与识别方法还包括，获得所述水印信号：将以二进制表示的水印信息进行循环冗余校验码编码和卷积码编码，得到所述水印信息的码元序列，将所述码元序列扩展频谱调制到4000至8000赫兹的频率范围，得到所述水印信号。

进一步的，所述一种广播音频水印的嵌入与识别方法还包括，获得所述载体声音信号的时频表示：将所述载体声音信号在时域分成帧，每帧有1024个样本点，帧之间有50％的重叠，逐帧经过短时傅立叶变换到频域，得到所述载体声音信号的时频表示。

再进一步的，确定可嵌入所述水印信号的时间范围和所述水印信号的幅度后，还包括：在所述载体声音信号上叠加所述水印信号：在所述可嵌入所述水印信号的时间范围内，将处理后得到的所述待嵌入的水印信号叠加到所述载体声音信号上。

再进一步的，所述一种广播音频水印的嵌入与识别方法还包括，水印信号的识别：安装于接收端上的应用软件通过接收端的麦克风接收声音信号，经短时傅立叶变换，在4000至8000赫兹的频率范围内进行扩展频谱解调，以获得所述水印信息。

其中，所述接收端对接收到的声音信号进行短时傅立叶变换并进行扩展频谱解调的过程包括：在接收端，对接收到的所述声音信号，以相同的帧长和帧重叠做短时傅立叶变换，在4000至8000赫兹的频率范围进行扩展频谱解调，进行维特比译码和循环冗余校验，若校验出错，则说明所述水印信息不存在；若校验成功，则获得所述水印信息。

其中，所述预定的时间为40毫秒，所述预设的阈值为－40dB。

本发明所带来的有益效果：嵌入水印信号后的广播音频信号，经广播系统传输，再由收音机接收并播放出，可用运算能力和电池容量有限的便携设备，如手机、平板电脑等可穿戴电子设备的麦克风接收声音，通过运行在可穿戴电子设备上的应用软件恢复出水印，可在有损的传输过程之后提取信息。并且，与同样在有损传输过程后提取水印的技术，根据时域掩蔽效应和频域掩蔽效应，在16000赫兹以下的人耳可听频率段嵌入音频水印，即在16000赫兹以下的人耳可听频率段将电视媒体音频水印技术应用在广播系统。对嵌入水印后的音频进行分析，在任何频段均看不到明显的水印信号功率，扩展频谱调制的载波信号范围为4000Hz-8000Hz，占用频段少，更容易嵌入水印，不仅不易被人耳察觉，而且对通用音频分析工具来说也不易被察觉，即保密性好。

附图说明

图1是本发明一种广播音频水印的嵌入与识别方法框图；

图2是本发明一种广播音频水印的嵌入与识别方法流程图。

具体实施方式