入水印的范圍，并將可嵌入水印的范圍的最值輸出至第二擴(kuò)頻序列生成模塊 (9)，將可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號輸出至水印檢測模塊（10)。
[0055] 第二擴(kuò)頻序列生成模塊（9)與第一擴(kuò)頻序列生成模塊（3)功能相同，將產(chǎn)生的擴(kuò) 頻序列輸出至水印檢測模塊（10)。
[0056] 水印檢測模塊（10)，用于根據(jù)第二嵌入范圍選擇模塊（8)輸出的頻域音頻信號 和第二擴(kuò)頻序列生成模塊（9)輸出的擴(kuò)頻序列，計(jì)算相關(guān)值，根據(jù)相關(guān)值符號，獲得水印序 列。本發(fā)明利用兩個正交的向量做相關(guān)檢測時(shí)值為〇的思想，在水印檢測端，消除了主信號 對水印的影響，使得提取出的水印的錯誤率為〇。
[0057] 參見圖3,本發(fā)明實(shí)施例提供的基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入方法，可以采用 計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)手段自動進(jìn)行流程，具體包括以下步驟：
[0058] 步驟1，時(shí)域音頻信號變換為頻域音頻信號。
[0059] 讀取音頻文件，得到時(shí)域音頻信號的幅值數(shù)據(jù)audio_signal和采樣率fs，對時(shí)域 音頻信號audio_signal先分幀再做時(shí)頻變換，幀長用N_frame表示，時(shí)頻變換可采用快速 傅里葉變換法FFT、離散余弦變換法DCT或復(fù)數(shù)調(diào)制重疊變換法MCLT等，得到頻域音頻信號 的幅值數(shù)據(jù)Audio_Signal，后文提到的時(shí)域音頻信號和頻域音頻信號均指時(shí)域音頻信號和 頻域音頻信號的幅值數(shù)據(jù)。
[0060] 步驟2,獲得頻域音頻彳目號可嵌入水印的范圍。
[0061] 根據(jù)時(shí)域音頻信號的采樣率fs，幀長度N_frame以及人耳敏感的聲音頻率范圍計(jì) 算頻域音頻信號Audio_Signal可嵌入水印的范圍，得到此范圍的最大值freqmax和最小值 freqmin，并選取此范圍內(nèi)的頻域音頻信號v2。
[0062] freqmin = fix((FWMIN*2. 0/fs)*N_frame) (I)
[0063] freqmax = fix((FWMAX*2. 0/fs)*N_frame) (2)
[0064] 式（I)~（2)中，F(xiàn)WMIN、FWMAX分別表示人耳敏感的最低聲音頻率和最高聲音 頻率；N_frame表示時(shí)域音頻信號的幀長度，fs表示時(shí)域音頻信號的采樣率；fix( ·)是 MATLAB里面的取整函數(shù)。
[0065] v2為矩陣信號，其行數(shù)為（freqmax-freqmin+1)，列數(shù)為二進(jìn)制水印信號的個數(shù) N_bit〇
[0066] 步驟3,生成二進(jìn)制擴(kuò)頻序列。
[0067] 本步驟可利用MATLAB里面的隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)生成二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl，例如，函數(shù) rancU randru randint 等。
[0068] 本步驟的一種【具體實(shí)施方式】如下：
[0069] 二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl根據(jù)隨機(jī)數(shù)種子和可嵌入水印的范圍隨機(jī)生成。首 先，調(diào)用RandStream函數(shù)初始化rand函數(shù)；然后，調(diào)用rand函數(shù)生成0~1間的 (freqmax-freqmin+1)個隨機(jī)數(shù)；最后，將隨機(jī)數(shù)四舍五入為0或1，即，將不小于0. 5的隨 機(jī)數(shù)賦為1，小于0. 5的隨機(jī)數(shù)賦為0,從而獲得二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl。
[0070] 步驟4,正交處理。
[0071] 根據(jù)正交原理，計(jì)算二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號 v2(:，i)的正交向量vll和v2; v2(:，i)表示頻域音頻信號矩陣v2的第i列。該處正交 處理可以采用標(biāo)準(zhǔn)正交或格拉姆-施密特正交，不管采用何種正交處理，其基本思想均是 利用投影原理在已有正交基上構(gòu)造新的正交基。
[0072] 下面將以標(biāo)準(zhǔn)正交為例來介紹本步驟的一種【具體實(shí)施方式】，但并不限于標(biāo)準(zhǔn)正 交。
[0073] 首先，確定基底向量順序{vl, v2 (:，i)}，令vl為第一個正交基，即vll = vl。
[0074] 然后，計(jì)算v2(:，i)在vll上的投影v2ill :
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入方法，其特征在于，包括步驟： 步驟1，將時(shí)域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信號； 步驟2,根據(jù)時(shí)域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感的聲音頻率范圍，獲得頻域 音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為freqmax、freqmin ; 步驟3,根據(jù)隨機(jī)數(shù)種子生成（freqmax-freqmin+1)個0~1間的隨機(jī)數(shù)，將隨機(jī)數(shù)四 舍五入為〇或1，即二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl ; 步驟4,對二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號v2進(jìn)行正交處 理，獲得正交向量Ivll, v22}，vll即二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl，v22即v2與其在vll上的投影之 差； 步驟5,根據(jù)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vll，將水印數(shù)據(jù)嵌入頻域音頻信號v22,得到帶水印的頻 域音頻信號； 步驟6,將帶水印的頻域音頻信號變換到時(shí)域，得到帶水印的時(shí)域音頻信號。
2. 如權(quán)利要求1所述的基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入方法，其特征在于： 步驟4進(jìn)一步包括子步驟： 4. 1確定基底向量順序{vl, v2(:，i)}，令vl為第一個正交基，即vll = vl，其中，vl表 示二進(jìn)制擴(kuò)頻序列，v2(:，i)表示可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號矩陣v2的第i列； 4. 2基于正交原理，計(jì)算v2(:，i)在vll上的投影v2ill ; 4. 3 獲得一組新正交基{vll, V2J}，其中，v2J = v2(:，i)-v2ill。
3. 如權(quán)利要求1所述的基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入方法，其特征在于： 步驟5具體為： 根據(jù)正交向量{vll, v22}和水印數(shù)據(jù)symbol，利用如下公式，將水印數(shù)據(jù)symbol嵌入 頻域音頻信號v22,得到帶水印的頻域音頻信號watermarked_signal : watermarked-signal = v22+symbol*vll〇
4. 基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印檢測方法，其特征在于，包括步驟： 步驟7,將帶水印的時(shí)域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信號； 步驟8,根據(jù)帶水印的時(shí)域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感的聲音頻率范 圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為freqmax、 freqmin ； 步驟9,利用步驟3采用的隨機(jī)數(shù)種子，生成（freqmax-freqmin+1)個0~1間的隨機(jī) 數(shù)，將隨機(jī)數(shù)四舍五入為〇或1，即二進(jìn)制擴(kuò)頻序列； 步驟10,根據(jù)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列，在頻域音頻信號可嵌入水印的范圍內(nèi)檢測水印。
5. 如權(quán)利要求4所述的基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印檢測方法，其特征在于： 步驟10中采用相關(guān)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)檢測水印序列。
6. 基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第一時(shí)頻變換模塊，用來將時(shí)域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音頻信號； 第一嵌入范圍選擇模塊，用來根據(jù)時(shí)域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳敏感的 聲音頻率范圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分別為 freqmax、freqmin ; 第一擴(kuò)頻序列生成模塊，用來根據(jù)隨機(jī)數(shù)種子生成（freqmax-freqmin+1)個0~1間 的隨機(jī)數(shù)，將隨機(jī)數(shù)四舍五入為0或1，即二進(jìn)制擴(kuò)頻序列； 正交處理模塊，用來對二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號V2 進(jìn)行正交處理，獲得正交向量Ivll, v22}，vll即二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vl，v22即v2與其在vll 上的投影之差； 加性嵌入模塊，用來根據(jù)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列vll，將水印數(shù)據(jù)嵌入頻域音頻信號v22,得 到帶水印的頻域音頻信號； 時(shí)頻逆變換模塊，用來將帶水印的頻域音頻信號變換到時(shí)域，得到帶水印的時(shí)域音頻 信號。
7.基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括： 第二時(shí)頻變換模塊，用來將帶水印的時(shí)域音頻信號分幀，然后變換到頻域，得到頻域音 頻信號； 第二嵌入范圍選擇模塊，用來根據(jù)帶水印的時(shí)域音頻信號的采樣率、幀長度以及人耳 敏感的聲音頻率范圍，獲得頻域音頻信號可嵌入水印的范圍，該范圍的最大值和最小值分 另ll為 freqmax、freqmin ; 第二擴(kuò)頻序列生成模塊，用來根據(jù)第一擴(kuò)頻序列生成模塊采用的隨機(jī)數(shù)種子生成 (freqmax-freqmin+1)個0~1間的隨機(jī)數(shù)，將隨機(jī)數(shù)四舍五入為0或1，即二進(jìn)制擴(kuò)頻序 列； 水印檢測模塊，用來根據(jù)二進(jìn)制擴(kuò)頻序列，在頻域音頻信號可嵌入水印的范圍內(nèi)檢測 水印。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于正交的加性擴(kuò)頻音頻水印嵌入方法、檢測方法及系統(tǒng)，主要包括：步驟1，時(shí)域音頻信號的時(shí)頻變換；步驟2，根計(jì)算頻域音頻信號可嵌入水印的范圍；步驟3，生成隨機(jī)的二進(jìn)制擴(kuò)頻序列；步驟4，將二進(jìn)制擴(kuò)頻序列和可嵌入水印的范圍內(nèi)的頻域音頻信號進(jìn)行正交處理；步驟5，根據(jù)正交處理后的向量進(jìn)行水印的加性嵌入；步驟6，帶水印頻域音頻信號的時(shí)頻逆變換。本發(fā)明將主音頻信號和擴(kuò)頻信號進(jìn)行正交，然后在擴(kuò)頻信號垂直分量上實(shí)現(xiàn)水印的加性嵌入，這樣保證了相關(guān)提取時(shí)主信號對水印的干擾為零，從而可消除主信號干擾，大大降低水印提取錯誤率。
【IPC分類】G10L19-018
【公開號】CN104658542
【申請?zhí)枴緾N201510113860
【發(fā)明人】高戈, 陳怡 , 呂亞平, 張康
【申請人】武漢大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年3月16日