一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法技术

本发明专利技术涉及一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，属于音频处理技术领域。首先将二值水印图像转变为一维数组，再与相同长度的密钥进行异或运算来提升数字音频水印的安全性。其次根据原始音频信号的样本点数来生成相同样本点数的正弦波信号，然后将正弦波每半个周期样本值的符号按照水印信息进行变换，最后将变换后的信号与原始音频信号相叠加得到含有水印信息的音频信号。提取水印时，将含有水印的音频信号进行傅里叶变换，将傅里叶变换后频率大于5倍正弦波频率的样本点置零，从而得到含有水印信息的信号，通过判断信号每半个周期的符号来确定水印信息，最后通过原始密钥对其进行异或运算并重构得到提取出的水印信息。其进行异或运算并重构得到提取出的水印信息。其进行异或运算并重构得到提取出的水印信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法


[0001]本专利技术涉及一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，属于音频处理


技术介绍

[0002]随着网络技术的不断发展，音频版权与认证问题受到重视。因此数字音频水印在音乐与语音文件的版权保护等领域得到了广泛的应用。
[0003]现有的音频水印技术大多数是在音频的变换域上进行水印的嵌入，方式较为复杂，因此本专利技术在传统的数字音频水印算法上进行了改进，在时域上进行水印信息的嵌入，采用低频正弦波信号作为水印载体，从而提高了水印信息的不可感知性，同时又对噪声干扰具有很好的鲁棒性。

技术实现思路

[0004]本专利技术要解决的技术问题是提供一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，提高音频水印的不可感知性，从而解决上述问题。
[0005]本专利技术的技术方案是：一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，具体步骤为：
[0006]Step1：水印信息预处理：
[0007]将二进制的水印信息的矩阵(大小为m*m)按照每一列数据放置于前一列数据后，依次处理，得到一列一维二进制向量，长度为n，再与由0，1组成的一列相同长度的密钥进行异或运算，从而得到待嵌入水印信息。
[0008]Step2：将水印嵌入原始音频：
[0009]根据原始音频以及待嵌入水印信息生成特定频率的正弦波信号；根据待嵌入水印信息对所述正弦波信号进行符号变换，从而获得带有水印信息的波形信号，将所述带有水印信息的波形信号与原始音频信号的采样值相加，由此获取含有水印信息的音频信号。
[0010]Step3：从音频中进行水印提取：
[0011]将所述含有水印信息的音频信号傅里叶变换后频率大于5倍正弦波频率的采样点数据置零，再对其进行傅里叶逆变换得到含有水印信息的信号；对含有水印信息的信号进行水印提取，将提取出的一维向量与密钥异或运算，最后通过矩阵的重构得到水印信息。
[0012]所述Step2具体步骤为：
[0013]Step2.1：根据原始音频的采样点数N来确定正弦波的采样点数为N。
[0014]Step2.2：音频信号的时间t＝(N
‑
1)/Fs，Fs为音频的采样频率。
[0015]Step2.3：根据Step1所述待嵌入水印信息的长度n，计算正弦波频率估值f
’
＝n/2t，并确保正弦波频率满足f
’
<f<20，正弦波的相位为0。
[0016]Step2.4：将所述正弦信号按照一个周期表示2位水印信息进行变换。
[0017]Step2.5：变换方式为：当水印信息为1时，对应半周期的采样点符号改为正号，当水印信息为0时符号改为负号，从而得到带有水印信息的信号。
[0018]Step2.6：将带有水印信息的信号与原始音频信号的采样值相加，获得含有水印信息的音频信号。
[0019]所述Step3具体步骤为：
[0020]Step3.1：将含有水印信息的音频信号进行傅里叶变换。
[0021]Step3.2：计算每个采样点对应得频率，然后将频率大于5倍正弦波频率f的采样点数据置零，再进行傅里叶逆变换得到含有水印信息的信号。
[0022]Step3.3：将所述含有水印信息的信号按照下述规则进行提取：当信号采样值在所述正弦波信号每半个周期的中值大于0时，则判定为1，否则判定为0，从而得到一组一维向量。
[0023]Step3.4：将所述的一维向量与原始密钥进行异或运算，并将计算后的一维向量按照顺序取每m位作为一列，得到大小为m*m的矩阵，即为提取出的水印信息。
[0024]本专利技术的有益效果是：本专利技术利用低频正弦波作为水印信息的载体，使得嵌入水印后的音频对人耳具有较高的不可感知性，同时使得水印嵌入提取计算简单，易于实现。
附图说明
[0025]图1是本专利技术的步骤流程图；
[0026]图2是本专利技术的实验过程图；
[0027]图3是本专利技术的原始水印与提取水印图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和具体实施方式，对本专利技术作进一步说明。
[0029]如图1所示，一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，嵌入水印时，首先将二值水印图像转变为一维数组，再与相同长度的密钥进行异或运算来提升数字音频水印的安全性。其次根据原始音频信号的样本点数来生成相同样本点数的正弦波信号，正弦波的幅值由音频信号的幅值确定，相位为0，频率值由待嵌入水印的长度决定，同时确保频率低于20Hz，然后将正弦波每半个周期样本值的符号按照水印信息进行变换，将变换后的信号与原始音频信号相叠加得到含有水印信息的音频信号。提取水印时，将含有水印的音频信号进行傅里叶变换，将傅里叶变换后频率大于5倍正弦波频率的样本点置零，从而得到含有水印信息的信号，通过判断信号每半个周期的符号来确定水印信息，最后通过原始密钥对其进行异或运算并重构得到提取出的水印信息。
[0030]具体步骤为：
[0031]选取水印如图3中(1)所示，大小为15*15像素点。
[0032]将水印矩阵按照每一列数据放置于前一列数据后，依次处理，生成长度为n＝225的一维二进制向量，再与相同长度的二进制密钥进行异或运算，从而得到待嵌入水印信息a(i)。
[0033]本实施例中选取了一段音乐信号作为原始音频x，如图2中(a)所示，采样频率Fs＝44100Hz，采样点数N＝524288。
[0034]正弦波频率由公式f
’
＝(n*Fs)/(2*(N
‑
1))，计算可得f
’
约为9.47Hz，取正弦波频率f＝10Hz，满足f
’
<f<20。
[0035]将得到的正弦波信号y按照下式进行变换，一周期表示2位水印信息。
[0036][0037]其中，半周期的采样点数k＝Fs/(2*f)。
[0038]将带有水印信息的信号y与原始音频信号x的采样值相加，获得含有水印信息的音频信号如图2中(b)所示。
[0039]水印提取时，将含有水印信息的音频信号进行傅里叶变换。
[0040]计算每个采样点对应的频率fn＝n/(2*N*Fs)，然后将频率大于50Hz的采样值置零，再进行傅里叶逆变换得到含有水印信息的信号，如图2中(d)所示。
[0041]将所述含有水印信息的信号按照下述规则进行提取：
[0042]当信号采样值在所述正弦波信号每半个周期的中值大于0时，则判定为1，否则判定为0，从而得到一组一维向量b。
[0043]将所述的一维向量与原始密钥进行异或运算，并将计算后的一维向量按顺序对每15位作为矩阵的一列，得到提取后的水印信息如图3中(2)所示。
[0044]通过本专利技术获得的嵌入水印的音频，由于嵌入的频率较低，易于提取与检测，并且本方法计算量相较于变换域的水印本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，其特征在于：Step1：将二进制的水印信息的矩阵按照每一列数据放置于前一列数据后的规则，依次处理，得到一列一维二进制向量，再与相同长度的二进制密钥进行异或运算，从而得到待嵌入水印信息；Step2：根据原始音频以及待嵌入水印信息生成特定频率的正弦波信号，根据待嵌入水印信息对所述正弦波信号进行符号变换，从而获得带有水印信息的波形信号，将所述带有水印信息的波形信号与原始音频信号的采样值相加，由此获取含有水印信息的音频信号；Step3：将所述含有水印信息的音频信号进行傅里叶变换，将变换后频率大于5倍正弦波频率的采样点数据置零，再进行傅里叶逆变换，得到含有水印信息的信号；对所述含有水印信息的信号进行水印提取，将提取出的一维向量与原始密钥进行异或运算，最后通过对矩阵进行重构得到提取出的水印信息。2.根据权利要求1所述的基于低频载波的音频水印嵌入提取方法，其特征在于，所述Step2具体步骤为：Step2.1：根据原始音频采样率...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜庆治，马志举，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：