專利名稱：一種基于mp3編碼原理的音頻水印方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著數(shù)字音樂制品的大量制作和發(fā)行，特別是MP3的流行，數(shù)字音頻產(chǎn)品版權(quán)保護的重要性日益突出，數(shù)字水印技術(shù)也應(yīng)運而生。人類聽覺系統(tǒng)(HAS)的敏感性以及網(wǎng)絡(luò)上多樣的音頻編輯軟件使得音頻水印的研究具有更大的挑戰(zhàn)性。近年來，針對音頻水印提出了多種基于時域、頻域及壓縮域的算法。時域音頻水印算法計算復(fù)雜度低且容易實現(xiàn)，但對攻擊的抵抗能力較差。頻域算法的基本思想是通過離散傅里葉變換、離散余弦變換和離散小波變換等技術(shù)改變音頻信號的頻域系數(shù)來隱藏水印，與時域算法相比具有較高的魯棒性。隨著以MP3為代表的壓縮格式音樂的流行，壓縮域水印應(yīng)運而生。雖然壓縮域音頻數(shù)字水印技術(shù)取得了一定的進展，但由于其是直接對壓縮格式的音頻內(nèi)容進行處理，對編碼器等的依賴性較強，因此還需充分結(jié)合MP3 編碼原理以及新方法來促進壓縮域水印的發(fā)展。目前大多數(shù)音頻水印算法是將水印嵌入到特定位置并從該位置進行檢測，而由剪切、添加或刪除樣本等去同步攻擊引起的位置變化將直接影響到水印的提取，因此在算法中引入同步機制顯得尤為重要。為抵抗去同步攻擊提出了多種同步碼，如窮舉搜索、顯示同步及恒定水印等，雖然這些方法一定程度上減小了去同步攻擊對水印提取造成的影響，但仍存在局限性。設(shè)計的算法能夠抵抗某種特定的去同步攻擊，但對其他的蓄意攻擊仍不能有效抵抗。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，以有效的抵抗壓縮、重采樣、重量化、濾波等攻擊，且能準(zhǔn)確定位同步信號，從而正確提取出水印信息，為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，包括以下步驟水印嵌入步驟如下將待嵌入的水印圖像進行置亂并作降維處理，得到一維的二值序列；將一定長度的同步碼信息嵌入到音頻文件中；在同步碼確定的嵌入位置后，對解壓縮后的原始音頻信號根據(jù)掩蔽效應(yīng)進行分段，作為水印嵌入的候選音頻段；結(jié)合MP3編碼原理，選取解碼后候選音頻段的原始音頻數(shù)據(jù)信號的MDCT低頻系數(shù)繼續(xù)進行分段，對系數(shù)幅值變化小的分塊處理以嵌入水印信息；嵌入水印信息的與音頻信號編碼同時進行，得到嵌入水印信息的MP3音頻。水印提取的步驟
檢測同步碼信息，校驗正確后提取水印信息；對解碼后的音頻信號按照嵌入時相同的原則進行分段，根據(jù)掩蔽效應(yīng)確定用于嵌入的音頻信號分段；按嵌入時的原則對確定的音頻信號分段的低頻MDCT系數(shù)進行分段并確定嵌入過水印的MDCT系數(shù)，通過比較前后相鄰兩個系數(shù)的大小來提取出水印信息；對提取出的水印信息進行逆置亂，并在升維后得到提取出的水印圖像。上述水印嵌入的詳細(xì)步驟為對水印圖像進行Arnold置亂，降維處理后得到一維序列W = {wi | wi = 0或1}，其中1彡i彡Len, Len = WXH，W、H分別代表水印圖像的高度和寬度；在時域?qū)⑼酱a嵌入到原始音頻信號中，表征水印嵌入的開始位置；對解壓縮后的完整音頻數(shù)據(jù)，在確定嵌入位置后進行分段，計算每個分段的短時能量。根據(jù)人類聽覺系統(tǒng)的時域掩蔽效應(yīng)，能量高的信號前后短時間內(nèi)發(fā)生的少量變化難以被察覺。因此選取具有較大短時能量的Len個分段作為水印嵌入的候選分段；對候選音頻段的原始音頻數(shù)據(jù)信號的MDCT低頻系數(shù)繼續(xù)進行分段，由于MDCT系數(shù)的改動過大會影響聽覺效果并對水印的不可見性造成影響，因此選取M段幅值變化相對較小的分段采用量化機制進行水印的嵌入；具體的量化原則是
權(quán)利要求
1.一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，其特征在于，該方法包括水印嵌入過程 水印嵌入步驟如下將待嵌入的水印圖像進行置亂并作降維處理，得到一維的二值序列； 將一定長度的同步碼信息嵌入到音頻文件中；在同步碼確定的嵌入位置后，對解壓縮后的原始音頻信號根據(jù)掩蔽效應(yīng)進行分段，作為水印嵌入的候選音頻段；結(jié)合MP3編碼原理，選取解碼后候選音頻段的原始音頻數(shù)據(jù)信號的MDCT低頻系數(shù)繼續(xù)進行分段，對系數(shù)幅值變化小的分塊處理以嵌入水印信息；嵌入水印信息的與音頻信號編碼同時進行，得到嵌入水印信息的MP3音頻。
2.一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，其特征在于該方法包括水印提取過程 水印提取步驟如下檢測同步碼信息，校驗正確后提取水印信息；對解碼后的音頻信號按照嵌入時相同的原則進行分段，根據(jù)掩蔽效應(yīng)確定用于嵌入的音頻信號分段；按嵌入時的原則對確定的音頻信號分段的低頻MDCT系數(shù)進行分段并確定嵌入過水印的MDCT系數(shù)，通過比較前后相鄰兩個系數(shù)的大小來提取出水印信息； 對提取出的水印信息進行逆置亂，并在升維后得到提取出的水印圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，其特征在于，還包括以下步驟對水印圖像進行Arnold置亂，降維處理后得到一維序列W = {wi|wi = 0或1}，其中 1彡i彡Len, Len = WXH，W、H分別代表水印圖像的高度和寬度；在時域?qū)⑼酱a嵌入到原始音頻信號中，表征水印嵌入的開始位置； 對解壓縮后的完整音頻數(shù)據(jù)，在確定嵌入位置后進行分段，計算每個分段的短時能量。 根據(jù)人類聽覺系統(tǒng)的時域掩蔽效應(yīng)，能量高的信號前后短時間內(nèi)發(fā)生的少量變化難以被察覺。因此選取具有較大短時能量的Len個分段作為水印嵌入的候選分段；對候選音頻段的原始音頻數(shù)據(jù)信號的MDCT低頻系數(shù)繼續(xù)進行分段，由于MDCT系數(shù)的改動過大會影響聽覺效果并對水印的不可見性造成影響，因此選取M段幅值變化相對較小的分段采用量化機制進行水印的嵌入；水印嵌入的同時進行MP3編碼，得到壓縮后的含有水印信息的MP3音頻文件。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，其特征在于所述嵌入過程中的量化機制具體為
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，其特征在于，所述提取的詳細(xì)步驟為檢測同步碼信息，通過同步碼正確定位提取水印的提取位置； 對解碼后的音頻信號按照嵌入時相同的原則進行分段，計算每個分段的短時能量，根據(jù)掩蔽效應(yīng)選取具有較大短時能量的Len個分段用于提取的音頻信號分段；按照嵌入時的規(guī)則確定出提取水印分段的MDCT低頻系數(shù)，并按照相應(yīng)的量化方法提取水印信息；將提取出的信息進行逆置亂和升維后得到提取的水印圖像。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于MP3編碼原理的音頻水印方法，屬于多媒體數(shù)字水印技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法包括水印嵌入和水印提取兩個過程；水印嵌入到低頻MDCT(Modified Discrete Cosine Transform，MDCT)系數(shù)上，與編碼過程同步；為增強水印的魯棒性，結(jié)合人類聽覺系統(tǒng)中的頻域掩蔽效應(yīng)選取合適的音頻分段進行嵌入；為抵抗去同步攻擊，引入了同步機制。本發(fā)明通過對編碼過程的處理完成水印的注入，可有效抵抗常見音頻攻擊，并且對去同步攻擊(如剪切攻擊、時間尺度縮放等)也有非常好的穩(wěn)健性。本發(fā)明在兼顧音頻水印魯棒性的同時保證了音頻內(nèi)容聽覺上的不可見性，算法計算復(fù)雜度低，易于實現(xiàn)。
文檔編號G10L19/00GK102324234SQ201110199739
公開日2012年1月18日 申請日期2011年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月18日
發(fā)明者劉婷, 張德棟, 蔣銘, 趙志超, 閆璽璽, 馬兆豐, 黃勤龍 申請人:北京惠信博思技術(shù)有限公司, 北京郵電大學(xué)