[发明专利]基于正交的加性扩频音频水印嵌入方法、检测方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数字音频水印领域，尤其涉及一种基于正交的加性扩频音频水印嵌入方法、检测方法及系统。

背景技术

数字音频水印是向音频信号中添加某些数字信息以达到文件真伪鉴别、版权保护、信息隐藏等目的的信号处理操作。正交是指内积为零的两个矢量信号间的关系，两个矢量信号正交即表示两矢量信号相互垂直。在传统的加性扩频音频水印的嵌入过程中，由于没有利用正交信号之间的相互垂直特性，其将扩频后的水印信号与主信号直接相加，若把此过程建模成通信模型，主信号可被看成水印信号传输过程中的干扰噪声，在采用相关检测时，主信号对水印的正确检测干扰很大，水印检测的错误率极高。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于正交的加性扩频音频水印嵌入方法、检测方法及系统，该方法和系统使得主信号对水印检测的干扰趋于零，可大大降低水印检测的错误率。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

一、一种基于正交的加性扩频音频水印嵌入方法，包括步骤：

步骤1，将时域音频信号分帧，然后变换到频域，得到频域音频信号；

步骤2，根据时域音频信号的采样率、帧长度以及人耳敏感的声音频率范围，获得频域音频信号可嵌入水印的范围，该范围的最大值和最小值分别为freqmax、freqmin；

步骤3，根据随机数种子生成(freqmax-freqmin+1)个0～1间的随机数，将随机数四舍五入为0或1，即二进制扩频序列v1；

步骤4，对二进制扩频序列v1和可嵌入水印的范围内的频域音频信号v2进行正交处理，获得正交向量{v11,v22}，v11即二进制扩频序列v1，v22即v2与其在v11上的投影之差；

步骤5，根据二进制扩频序列v11，将水印数据嵌入频域音频信号v22，得到带水印的频域音频信号；

步骤6，将带水印的频域音频信号变换到时域，得到带水印的时域音频信号。

步骤4进一步包括子步骤：

4.1确定基底向量顺序{v1,v2(:,i)}，令v1为第一个正交基，即v11＝v1，其中，v1表示二进制扩频序列，v2(:,i)表示可嵌入水印的范围内的频域音频信号矩阵v2的第i列；

4.2基于正交原理，计算v2(:,i)在v11上的投影v2_i11；

4.3获得一组新正交基{v11,v2_i2}，其中，v2_i2＝v2(:,i)-v2_i11。

步骤5具体为：

根据正交向量{v11,v22}和水印数据symbol，利用如下公式，将水印数据symbol嵌入频域音频信号v22，得到带水印的频域音频信号watermarked_signal：

watermarked_signal＝v22+symbol*v11。

二、一种基于正交的加性扩频音频水印检测方法，包括步骤：

步骤7，将带水印的时域音频信号分帧，然后变换到频域，得到频域音频信号；

步骤8，根据带水印的时域音频信号的采样率、帧长度以及人耳敏感的声音频率范围，获得频域音频信号可嵌入水印的范围，该范围的最大值和最小值分别为freqmax、freqmin；

步骤9，利用步骤3采用的随机数种子，生成(freqmax-freqmin+1)个0～1间的随机数，将随机数四舍五入为0或1，即二进制扩频序列；

步骤10，根据二进制扩频序列，在频域音频信号可嵌入水印的范围内检测水印。

步骤10中采用相关统计检验检测水印序列。

三、一种基于正交的加性扩频音频水印嵌入系统，包括：

第一时频变换模块，用来将时域音频信号分帧，然后变换到频域，得到频域音频信号；

第一嵌入范围选择模块，用来根据时域音频信号的采样率、帧长度以及人耳敏感的声音频率范围，获得频域音频信号可嵌入水印的范围，该范围的最大值和最小值分别为freqmax、freqmin；

第一扩频序列生成模块，用来根据随机数种子生成(freqmax-freqmin+1)个0～1间的随机数，将随机数四舍五入为0或1，即二进制扩频序列；

正交处理模块，用来对二进制扩频序列v1和可嵌入水印的范围内的频域音频信号v2进行正交处理，获得正交向量{v11,v22}，v11即二进制扩频序列v1，v22即v2与其在v11上的投影之差；