[发明专利]一种多层最低有效位的易碎水印语音自恢复技术

说明书

本发明公开了一种多层最低有效位的易碎水印语音自恢复技术：最低有效位的参数化；在发送端设计水印嵌入算法；在接收端设计数据恢复算法。本发明通过调整最低有效位层数，可以实现嵌入水印后信号的不可感知性和恢复后信号的可懂度之间的权衡，在不同的场景和不同的要求下，选择不同的最低有效位来嵌入水印信息，来适应实际场景中复杂多变的环境。

技术领域

本发明涉及易碎的语音信号自恢复水印技术，更具体的说，是涉及一种多层最低有效位的易碎水印语音自恢复技术。

背景技术

随着计算机和互联网技术的快速发展，文字、图像、声音、视频等多媒体信号大量涌现，给人们获取信息带来了极大的便利。但是与此同时，信号很容易被复制或篡改，带来了很严重的信息安全问题，因此需要好的算法来保证信号的完整性和准确性。

于是数字水印技术应运而生，它利用图像、声音等信号的冗余性，将一些标识信息即数字水印直接嵌入到数字载体当中，但是不影响原载体的使用价值。这些隐藏在载体中的水印，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。通常情况下，水印分为易碎水印、半易碎水印和鲁棒水印，鲁棒水印一般用于产权保护和所有权鉴定，易碎和半易碎水印可以用于信息安全和信息保护。数字水印这个概念的提出至今虽然还不到20年，但是已经成为学术研究的热点问题，大量的研究已经产生。大多数的水印系统是在线性域上对数据进行操作的(即PCM水印)，少部分可对已被压缩的数据进行水印嵌入(即比特流水印)。当前，数字水印的主要技术有：基于多分辨率分解的数字水印技术、基于模运算的数字水印算法和基于整数变换和单向函数的数字水印新技术等等。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。水印作为一种附加信息嵌入到原始信号中，可以用来设计信号的恢复算法。但是在现有的技术成果中，对数据恢复方面的研究较为朴素，效果也不尽如人意，往往不能防御实际应用场景中复杂多变的攻击。

在过去几十年的研究中，图像信号自恢复水印算法的设计有了飞快地发展，大量经典的算法涌现出来，并且取得了很好的恢复效果，同时还出现了较多对图像数据恢复时使用参数和相关方法的研究。

然而，在语音领域，该研究尚处在起步阶段，因为人耳听觉系统比人眼视觉系统更加敏感，所以对语音信号自恢复算法的敏感度和准确性要求更高。传统的水印认证技术主要着重于检测信号是否遭到破坏，集中在测试信号的完整性，对破坏后的语音信号的恢复工作却很少涉及，并不能进一步高效准确地恢复信号。因而，如何恢复被篡改的语音信号是一个新颖的研究方向。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，主要是针对语音信号自恢复算法研究的匮乏现象，深化声音信号自恢复算法的研究以及拓展其应用范围，提供一种多层最低有效位的易碎水印语音自恢复技术，由于在实际生活中场景的复杂性，以及不同的通信环境有着明显的差异性，我们将易碎语音信号自恢复算法中的最低有效位参数化，并探索它与其他参数的数量关系，来优化参数；通过调整最低有效位层数，可以实现嵌入水印后信号的不可感知性和恢复后信号的可懂度之间的权衡，在不同的场景和不同的要求下，选择不同的最低有效位来嵌入水印信息，来适应实际场景中复杂多变的环境。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的。

本发明的一种多层最低有效位的易碎水印语音自恢复技术，包括以下步骤：

步骤一，最低有效位的参数化：

将最低有效位层数x当成参数，它与最大量化位数a和哈希比特位数y之间满足以下数量关系：

其中，n是每一帧中包含采样点的个数，m是每个帧组中包含帧的个数，k是每个帧组的参考值个数；利用排除法求得最佳参数的取值，根据实际需要选择最低有效位层数以后，直接确定其他的参数，以便在不同的发送端和接收端设计相应的算法和参数；

步骤二，在发送端设计水印嵌入算法：