[发明专利]基于边信息预测和直方图平移的数字音频可逆水印算法

摘要

本发明公开的基于边信息预测和直方图平移的数字音频可逆水印算法，包含以下步骤：计算该段音频数据的预测系数以及该样本的预测值；将预测值和该样本值相减，得到预测误差，再根据边信息预测算法的两种形式，建立两个不同的直方图，然后将水印信息嵌入到预测误差，得到含水印的预测误差；将含水印预测误差嵌入到目前样本的下一个样本值，得到含水印的音频值；在接收端接收含水印的音频信号，然后将预测值和样本值做差，利用预测误差直方图平移特性，提取嵌入信号，无损恢复原始音频信号。本发明的算法，与原有的预测算法相比，提升了预测的性能，而且还将非因果与直方图平移结合起来，在低嵌入率的时候，本发明具有较好的嵌入性能和较低失真率。

主权项

1.基于边信息预测和直方图平移的数字音频可逆水印算法，其特征在于，包含以下步骤：1)通过计算机读取一段wav格式的音频数据，然后通过统计的方法计算该段音频数据的预测系数，即边信息，再结合该样本和该样本前后样本之间的大小关系，利用边信息预测算法，计算出该样本的预测值；2)将预测值和该样本值相减，得到预测误差，再根据边信息预测算法的两种形式，建立两个不同的直方图，然后将水印信息通过直方图平移方式嵌入到预测误差，得到含水印的预测误差；3)利用非因果预测算法的逆转变公式，将含水印预测误差嵌入到目前样本的下一个样本值，得到含水印的音频值；4)在接收端接收含水印的音频信号，然后通过边信息预测算法，将预测值和样本值做差，利用预测误差直方图平移特性，提取嵌入信号，无损恢复原始音频信号；所述步骤1)，具体如下：101、利用统计方法，求出该段音频信号的预测系数，如下公式：其中，x_i是第i个音频值，a是该段音频信号的预测系数，a_i是第i段音频信号的预测系数；102、根据边信息预测算法预测当前的音频值，公式如下：其中，i＝2,3,4…，是第i个音频数据的预测值，从第二个音频数据开始，得到一系列的音频预测值；所述步骤2)，具体如下：201、用当前的音频值减去该样本的预测值，得到当前音频数据的预测误差，公式如下：其中，i＝2,3,4…，e_i是第i个音频数据的预测误差，从第二个音频数据开始得到一系列的预测误差，保留第一第二个音频值和所有音频数据的预测误差；202、利用直方图平移特性，将水印信息嵌入到预测误差，得到含水印的预测误差，公式如下：其中是第i个音频数据嵌入信息后的预测误差，T_a和T_1‑a分别是|x_i‑x_i‑1|＜|x_i‑x_i+1|和|x_i‑x_i‑1|≥|x_i‑x_i+1|这两种情况的嵌入区域范围，w是嵌入水印信息，n是一个整数；所述步骤3)，具体如下：其中是第i+1个音频数据嵌入水印后的音频值；所述步骤4)，具体如下：401、根据边信息预测算法，得出带有水印信息的音频值，公式如下：其中，是第i个带有水印的音频数据；402、将音频值减去带有水印信息的预测值，得到带有水印的预测误差值，公式如下：403、利用直方图平移特性，提取水印信息，恢复原始的预测误差和原始的音频数据，公式如下：根据所述无损恢复原始音频数据，具体如下：根据上述式子，最终得到下式：利用保留第一第二个原始音频数据以及得到一系列的预测误差，就能完全的恢复原始的音频数据。