[发明专利]一种基于喷泉码的易碎水印自恢复方法

说明书

本发明公开了一种基于喷泉码的易碎水印自恢复方法，水印嵌入过程：原始语音信号分帧，对每帧数据进行压缩编码，对所有帧进行随机排列后，分帧组，对每个帧组的压缩信息进行喷泉编码，生成参考值信息，将参考值信息和检验信息一同存入到最低有效位中；信号数据恢复过程：对接收到的信号进行分帧和分帧组，将每一帧中最低有效位中的参考值信息和检验信息提取出来，根据检验信息定位被篡改位置，通过未被篡改的帧的参考值信息来恢复整个原始语音信号。本发明利用喷泉码的无码率以及适用于删除信道的特点，我们把水印技术和喷泉码技术结合起来，不需要对破坏率的范围进行预估计，有着很强的普适性。

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，是涉及一种基于喷泉码的易碎水印自恢复方法。

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。但是信号在传输的过程中，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。信号在因特网上传输时，是基于包通信的。每个数据包或者无差错的被接收端接收，或者收不到，因此，如何能够恢复被删除或者篡改的信号是一个重大的课题。

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，也不会被人的知觉系统所感知。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。在语音自恢复算法中，把原始语音信号进行压缩，作为水印嵌入到原始语音信号的最低有效位中，形成易碎水印，用来在接收端检测被篡改的位置和恢复原始语音信号。在整个过程中，最高有效位保持不变，以保证水印的不可感知性。

喷泉码是一种在删除信道下性能优越的稀疏矩阵码。数字喷泉码的编码器就像喷泉喷涌，能够源源不断地产生无穷个编码数据包，是无码率的编码，因此不用预先估计破坏率的范围。当接收的码元数目比源文件的码元数目稍大一点时，就能恢复源文件。恢复的语音信号的质量好坏主要取决于接收到的码元数目，而与破坏率的大小无关。喷泉码主要包括随机线性分组码、LT码、和RAPTOR码。

发明内容