基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法技术

一种信息安全技术领域的音频处理方法中的基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，水印嵌入部分：将原始音频信号进行分段处理，对每一段音频进行离散小波变换以提取其小波近似分量，对获得的小波近似分量进行离散余弦变换以及矢量量化；根据矢量量化的索引值的统计特性构造极性矢量；通过对极性矢量和即将嵌入的原始水印信号进行异或运算将水印嵌入到检测密钥中去；水印提取部分：首先，采用与水印嵌入部分相同的方法从待测音频信号中获得极性矢量；然后，对极性矢量和水印检测密钥进行异或运算获得提取的水印信号。本发明专利技术对于各种正常的音频信号处理操作和恶意攻击表现出了较强的鲁棒性，另外还省去了重构音频载体信号的麻烦。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种信息安全
的音频处理方法，具体涉及一种基于混 合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法。
技术介绍
音频水印中透明性和鲁棒性是一对矛盾体，这个矛盾如果解决不好，将影 响音频水印嵌入和提取方法的应用。但目前不可感知性和鲁棒性并不影响水印 的可行性。然而，如果水印方法本身存在漏洞，而使得水印系统存在致命的安 全性问题，给攻击者可乘之机，那么水印系统的可行性将被置疑，可见安全性 的问题是很重要的。安全性问题将通过下面介绍的可逆水印概念加以阐述。对于一个水印系统(￡， ￡>) (￡表示水印嵌入方法，Z)表示水印提取方法)，令0^-E(0，W)，如果存在一个映射f'，满足下列三个条件(1) <formula>formula see original document page 5</formula>(2) <formula>formula see original document page 5</formula>(3) <formula>formula see original document page 5</formula>则称该水印系统为可逆(Invertible)水印系统。其中，要求原始水印信号w 和伪造水印信号w'的格式满足系统的要求，同时伪造原始载体O'和水印载体 (^具有足够的相似度，则水印系统(E,D)是可逆的，否则就是不可逆的(Noninvertible)水印系统。经对现有技术文献的检索发现，Wang X,Y.等在《IEEE Transactions on Signal Processing (电气与电子工程师学会信号处理期刊)(2006年54巻12期 4835-4840)上发表的A Novel Synchronization Invariant Audio Watermarking Scheme Based on DWT and DCT (—种新颖的基于DWT和DCT的同步音频 水印系统)，提出了基于DWT和DCT的音频水印方法进行了抵御正常音频信 号处理和恶意攻击的鲁棒性的以及透明性的对比，但是该文献提出的方法无法 从根本上解决音频水印鲁棒性和不可感知性之间的固有矛盾，并且这种方法抵御各种恶意攻击的鲁棒性还有待于提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于混合域系数矢量 量化的音频零水印嵌入和提取方法，与传统的音频水印方法不同，该方法并没 有把水印真正嵌入到音频载体中，而是通过提取载体音频的重要特征构造水印 信号，并利用这些重要特征实现水印的盲检测。该方法不仅从根本上解决了音 频水印中鲁棒性和不可感知性之间的固有矛盾，同时弥补了由于嵌入算法的存在所造成的可能安全漏洞。本专利技术是通过以下技术方案实现的，本专利技术包括水印嵌入和水印提取两部分，水印嵌入部分包括如下步骤第一步，将原始音频信号进行分段处理；第二步，对每一段音频进行离散小波变换(DWT)以提取其小波近似分量； 第三步，对第二步中获得的小波近^l分量进行离散余弦变换(DCT)以进行 能量压縮；第四步，对第三步中经过离散余弦变换的小波近似分量进行矢量量化； 第五步，根据矢量量化的索引值的统计特性构造极性矢量； 第六步，通过对极性矢量和即将嵌入的原始水印信号进行异或运算将水印嵌 入到检测密钥中去，并在认证中心申请检测密钥的时间戳； 水印提取部分包括如下步骤首先，采用与水印嵌入部分中第一步到第五步相同的方法从待测音频信号中 获得极性矢量；然后，对极性矢量和水印检测密钥进行异或运算获得提取的水印信号。 所述将原始音频信号进行分段处理，具体为将原始音频载体信号A分割成 长度相等的MxV帧，表示为(Fil!'-0，…,Af xiV-l}，每一帧含有；个采样点，其中Lf =Z^/(A/xA0， A-(fl(w)l-0,…，Z^-1}, a()为第个采样值，Lj为原始音频载体包含的采样个数。所述对每一段音频进行离散小波变换提取其小波近似分量，具体为对每帧音频数据1^进行//级小波变换，得到小波分量A,，D广，D,-'，…，D,1，其中A,为第/帧F;小波变换的第H级小波近似分量，D,,D,-\ ，Di1分别E小波变换的第/zai级细节分量。所述对小波近似分量进行离散余弦变换，具体为考虑到小波近似分量能够 有效抵御各种干扰，因此选择H级小波变换的近似分量A,进行离散余弦变换，即A,c-DCr(A,.)。所述对第三步中经过离散余弦变换的小波近似分量进行矢量量化，具体为对每一帧的DWT-DCT系数进行矢量量化(VQ)，并根据所得的索引值构成向 量Y，即r—y(,)卜0，…,MW—lf，矢量量化所用的码本是由每一帧的DWT-DCT系数构成的训练集通过LBG (—种矢量量化码本训练方法)模型获得的，公式如 下Y- (J Kj2(A,c)= [J ><! )。i匿O 0所述根据矢量量化的索引值的统计特性构造极性矢量，具体为首先，计算第'帧的索引值与其相邻两帧的索引值的方差a2(/)，公式如下CT2(!)|>2(m) —^!>(m)]2然后，根据C7 ')由以下两式得到极性矢量P:P= (Ji'-0fl， ^ cr2(/)2/we^m[a2(/)]=〗 ' 。0， of/rcnvtsc所述对极性矢量和即将嵌入的水印信号进行异或运算将水印嵌入到检测密钥中，具体为即将嵌入的二值图像水印信号为 W = {w(Z，7)|vv(!，_/)e{0，l}，,' =0,.，A/—1，/ = ()， — A/ 、 V分别为图像的宽度和长度，w(/，表示(Z，7')点的水印信号象素值，进行异或运算具体为 = /=(,-l)xA^ + /，其中p(/)为极性矢量的元素，*(/)是检测密钥的元素，则检测密钥为K={)fc(/)，/ = 0，一，MxiV-l}。所述对极性矢量和水印检测密钥进行异或运算获得提取的水印信号，具体 为Z=(l-l)xAT + y，其中w(/，/)表示(!，/)点的水印信号象素值，p(/)为极性矢量的元素，fc(/)是检测密钥的元素。与现有技术相比，本专利技术包括如下有益效果本专利技术中原始音频载体、检测 密钥以及相应的时间戳将被注册到认证中心以证明其对音频作品的版权。第一， 本专利技术从根本上解决了鲁棒性和不可感知性之间的固有矛盾；第二，本专利技术避 免了由于水印嵌入算法的存在所造成的可能的安全漏洞；第三，水印提取不需 要原始音频信号的参与。 附图说明图l是水印嵌入方法流程图； 图2是水印提取方法流程图； 图3是本专利技术方法的有效性测试结果图其中(a)原始音频载体信号，(b)原始水印图像，(C)提取的水印图像； 图4是本专利技术方法安全性测试结果图其中(a)嵌有水印的音频载体信号，(b)、 (c)未嵌入水印的音频信号，(d) 为从(a)中提取出的水印，(e)从(b)中提取出的水印，(f)从(c)中提取出的氷印； 图5为本专利技术方法在各种操作下提取的水印图像其中图(a)为无信号处理、图(b)为Mp3压縮/解压縮、图(c)为低 通滤波、图(d)为重新采样、图(e)为叠加噪声、图(f)为延时、图(g) 为叠加回声本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，其特征在于，包括水印嵌入和水印提取两部分，其中：　　　　水印嵌入部分包括如下步骤：　　　　第一步，将原始音频信号进行分段处理；　　　　第二步，对每一段音频进行离散小波变换以提取其小波近似分量；　　　　第三步，对第二步中获得的小波近似分量进行离散余弦变换以进行能量压缩；　　　　第四步，对第三步中经过离散余弦变换的小波近似分量进行矢量量化；　　　　第五步，根据矢量量化的索引值的统计特性构造极性矢量；　　　　第六步，通过对极性矢量和即将嵌入的原始水印信号进行异或运算将水印嵌入到检测密钥中去，并在认证中心申请检测密钥的时间戳；　　　　水印提取部分包括如下步骤：　　　　首先，采用与水印嵌入部分中第一步到第五步相同的方法从待测音频信号中获得极性矢量；　　　　然后，对极性矢量和水印检测密钥进行异或运算获得提取的水印信号。

【技术特征摘要】
1、一种基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，其特征在于，包括水印嵌入和水印提取两部分，其中水印嵌入部分包括如下步骤第一步，将原始音频信号进行分段处理；第二步，对每一段音频进行离散小波变换以提取其小波近似分量；第三步，对第二步中获得的小波近似分量进行离散余弦变换以进行能量压缩；第四步，对第三步中经过离散余弦变换的小波近似分量进行矢量量化；第五步，根据矢量量化的索引值的统计特性构造极性矢量；第六步，通过对极性矢量和即将嵌入的原始水印信号进行异或运算将水印嵌入到检测密钥中去，并在认证中心申请检测密钥的时间戳；水印提取部分包括如下步骤首先，采用与水印嵌入部分中第一步到第五步相同的方法从待测音频信号中获得极性矢量；然后，对极性矢量和水印检测密钥进行异或运算获得提取的水印信号。2、 根据权利要求1所述的基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提 取方法，其特征是，所述将原始音频信号进行分段处理，具体为将原始音频 载体信号A分割成长度相等的MxiV帧，表示为化卞=0，一,似)<^-1}，每一帧含有个采样点，其中=I^/(A/xiV)， a = {fl()|=0，M，^-l}， a()为第/i个采样值，^为原始音频载体包含的采样个数。3、 根据权利要求1所述的基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，其特征是，所述对对每一段音频进行离散小波变换提取其小波近似分量，具'体为对每一帧音频数据F;进行f/级小波变换，得到小波分量a,,d,，d/^,…，d,1，其中八,为第/帧巧小波变换的第//级小波近似分量， d, ， d,-1 ，…，d/分别f;小波变换的第〃 □ 1级细节分量。4、 根据权利要求1所述的基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，其特征是，所述对小波近似分量进行离散余弦变换，具体为选择H级小波变换的近似分量A广进行离散余弦变换，即A,e=ZXT(A,)。5、 根据权利要求1所述的基于混合域系数矢量量化的音频零水印嵌入和提取方法，其特征是，所述对第三步中经过离散余弦变换的小波近似分量进行...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宁，朱杰，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]