[发明专利]一种基于音频断点的时域数字音频水印方法

说明书

本发明提供一种时域下基于音频断点嵌入和提取数字音频水印的方法，依据水印信息的数值和原始音频的能量值直接在原始音频的基础上改变其能量值的大小。只在原始信号的基础之上稍作改动，在不影响原始音频听觉质量的前提条件下，保证水印具有较好的鲁棒性，抗裁剪性和很少的信息增加量。在水印的提取环节，提取算法能够自行筛选出嵌入水印的位置，排除一些在数值逻辑上看似是水印的信息，并具有保存原始水印信息的能力。本发明对水印信息进行了加密处理。所用的水印提取方案只需要一些原始音频的分段信息和水印信号的重构参数，不需要原始音频和原始水印的参与，是一种盲水印算法，可用于音频信号处理和音频制品保护等方面。

技术领域

本发明属于音频信号处理和音频制品专利保护领域，涉及音频信号的水印嵌入和提取。

背景技术

今年来，随着计算机网络技术的产生和迅猛发展，大量的数字化音乐制品在网络上广泛的传播。这样一来，对非法分子来说，音频作品的复制，篡改和发布都已经变得非常容易。这就给版权所有者和整个音乐市场带来了巨大的损失。

基于这一背景，用于数字作品版权保护的数字水印技术就发展了起来，数字音频水印算法主要分为时间域和变换域数字水印算法。时域水印算法主要有P.Bassia等人提出的最低有效位(LSB)算法和由W.Bender等人提出的回声隐藏算法等；变换域水印算法主要有扩频水印算法、相位水印算法、离散傅里叶变换域算法、离散余弦变换域算法和离散小波变换域算法等。

时域下的音频水印算法原理比较简单易于理解，但也存在致命的弱点。比如，最低有效位算法对某些信号处理技术比较敏感，鲁棒性较差；回声隐藏算法虽然具有较好的感知透明性和一定的鲁棒性，但利用回声检测的办法是很容易把水印信息检测出来的。变换域的音频水印算法一般都具有较好的性能，可以满足一些苛刻的要求，但是这类算法需要算法编写者具备一些高等的数学知识和过硬的编程能力，且程序中的操作会让人很难理解。就拿离散小波变换预（DWT）算法来说，钮心忻等人在2000年提出了一种基于小波变换的数字水印算法。它将高斯白噪声作为水印信号嵌入到音频信号的小波变换域中，先选择适当的小波基对原音频信号进行L级分解，然后只对第L级的详细分量中绝对值最大的前N（假设N为水印信号的长度）个值做关于水印信号x(i)（i=1,2，···，N）的特定公式变换。同样的，相应的水印检测算法是先对音频信号进行相同的小波变换，然后根据原始的音频信号找到隐藏的N个随机数的位置并求出相应的数值(i)（i=1,2，···，N）。最后，由和x的相关函数计算出的相关系数可以判别是否有正确的水印信号的存在。虽然小波变换具有良好的时频局部特性，但非信号处理相关专业的学者们甚至连离散傅里叶变换（DFT）都不知道是什么，这就给算法编写带来了技术上的障碍。

由于这些原因，在时域中寻求各方面性能较好的数字水印算法就显得较为重要。本发明所提出的水印算法是在时域下，嵌入少量的音频断点（零信号）并根据水印信息来改变音频断点周围原音频信号的能量值来达到嵌入水印的目的的，水印的提取依赖音频断点。原理简单，编程过程并不繁杂。经实验，效果感知透明性，鲁棒性等都较好，值得进一步研究和探索。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明的目的，是要提供一种时域下基于音频断点嵌入和提取数字音频水印的方法，依据水印信息的数值和原始音频的能量值直接在原始音频的基础上改变其能量值的大小。这种算法充分考虑了原始音频的能量情况，最好还辅以有一套水印嵌入位置选取规则（本发明中并未实现），只在原始信号的基础之上稍作改动，在不影响或很少影响原始音频听觉质量的前提条件下，保证水印具有较好的鲁棒性，抗裁剪性和很少的信息增加量（音频的长度增加非常少）。在水印的提取环节，提取算法要具备能够自行筛选出嵌入水印的位置，排除一些在数值逻辑上看似是水印的信息，但是须大量保存原始水印信息的能力。这就需要算法研究者对音频信号做较多的研究分析，制定出多重合理的水印信息筛选工序。