一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法技术

本发明专利技术公开了一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，属于音频处理技术领域，包括如下步骤：基于Logistic混沌映射对水印图像进行加密，得到加密后的水印序列；将加密后的水印序列嵌入原始音频信号，得到带有水印图像的音频信号；解密带有水印图像的音频信号中的水印序列，得到水印图像。本发明专利技术使用Logistic混沌映射对水印图像进行加密，并通过自适应的嵌入参数，将加密后的水印图像嵌入至原始音频信号中，且在无需原始音频信号和嵌入参数便能够盲提取水印图像，在同时保证一定嵌入容量和抵抗常规信号处理操作的前提下最大化音频感知质量，解决了水印音频方法感知质量低、安全性低、鲁棒性不足和不能盲提取水印图像的问题。鲁棒性不足和不能盲提取水印图像的问题。鲁棒性不足和不能盲提取水印图像的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法
[0001]

[0002]本专利技术属于音频处理
，尤其涉及一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法。

技术介绍

[0003]数字水印将标识信息（例如，出版商ID、签名和徽标）不易被人察觉地嵌入到多媒体对象中以生成带水印的对象。数字水印可以应用于不同类型的多媒体对象，如图像、视频和音频。与图像水印技术相比，在数字音频信号中嵌入水印的技术难度较大，主要是因为人类的听觉系统与视觉系统相比，具有更高的灵敏度。
[0004]Svd技术因为其奇异值在遭受攻击后仍能保持一定的稳定而被广泛应用于音频水印。例如，基于QIM方法，通过自适应量化将水印数据嵌入到小波域中每块经奇异值分解后的奇异值中，保证了水印算法的不可感知性。但该方法对回声添加和重采样攻击不够鲁棒且水印容量较低；又如，利用熵和对数极坐标变换(LPT)，基于奇异值分解(SVD)的盲水印方案，该方法具有较高的嵌入容量，但对重采样和MP3压缩攻击不够鲁棒。现有的基于SVD的算法只将水印比特嵌入到单个奇异值，或是嵌入到两段奇异值的比值中。
[0005]综上，现有的技术方案的不足之处在于：（1）、现有的水印嵌入方案常为扩频方案或量化方案，但扩频方案存在主机信号干扰，量化方案易受到幅度缩放攻击；（2）、现有的技术方案的有效载荷低，水印容量不高，不能有效对保证水印信息在音频数据中的效果；（3）、现有的技术方案的嵌入参数固定且单一，缺乏对音频本身特性的考虑，这加剧了鲁棒性与不可感知性间的矛盾。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中的上述不足，本专利技术提供的一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，通过对原始音频信号分帧、对每一帧进行离散小波（DWT）变换、对得到的DWT系数利用子采样操作分为两段后进行奇异值变换(SVD)，并计算两段奇异值的均值，然后通过差分嵌入的方法嵌入水印位，提出的自适应方法根据每帧原始信号特征生成不同大小的嵌入参数，以减少感知质量的下降；本专利技术在水印提取过程中不需要原始信号和嵌入参数，以实现盲检测，解决了水印音频方法感知质量低、安全性低、鲁棒性不足和不能盲提取水印图像的问题。
[0007]为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案为：本专利技术提供的一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，包括如下步骤：S1、基于Logistic混沌映射对水印图像进行加密，得到加密后的水印序列；
S2、将加密后的水印序列嵌入原始音频信号，得到带有水印图像的音频信号；S3、解密带有水印图像的音频信号中的水印序列，得到水印图像。
[0008]本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，通过使用Logistic混沌映射对水印图像进行加密，提高了水印方法的安全性，并通过自适应的嵌入参数，将加密后的水印图像嵌入至原始音频信号中，提高了感知质量，且在无需原始音频信号和嵌入参数的情况下能够盲提取水印图像，实现了在同时保证一定嵌入容量和抵抗常规信号处理操作的前提下更好的最大化感知质量。
[0009]进一步地，所述S1包括如下步骤：S11、构建Logistic混沌映射；所述Logistic混沌映射的计算表达式如下：其中，表示Logistic混沌映射的第个输出，表示第一秘钥，表示第二秘钥，为大于1的整数，表示Logistic混沌映射的第个输出，表示矩阵的行数，表示矩阵的列数；S12、基于Logistic混沌映射构建加密二进制序列；所述加密二进制序列的计算表达式如下：其中，表示加密二进制序列，表示第三秘钥；S13、将水印图像转换为图像一维序列；所述图像一维序列的计算表达式如下：其中，表示图像一维序列，表示图像一维序列中的第i位；S14、利用加密二进制序列对图像一维序列进行加密，得到加密后的水印序列；所述加密后的水印序列的计算表达式如下：其中，表示加密后的水印序列中第i个加密水印位，表示异或运算。
[0010]采用上述进一步方案的有益效果为：本专利技术采用Logistic混沌映射对水印图像进行加密，并使用第一秘钥、第二秘钥和第三秘钥以确保对水印图像加密的安全性。
[0011]进一步地，所述S2包括如下步骤：S21、将原始音频信号分帧，得到若干帧音频信号和分帧后的每帧长度；所述分帧后的每帧长度的计算表达式如下：
其中，表示原始音频信号分帧后的每帧长度，表示原始音频信号的长度，表示总帧数，表示四舍五入运算；S22、分别对各帧音频信号进行三级DWT变换，得到各帧对应的近似系数、第一细节系数、第二细节系数和第三细节系数；S23、选择各帧对应的近似系数进行水印嵌入，得到各帧的近似系数向量；S24、通过子采样分解各帧的近似系数向量，得到各帧的第一子向量和第二子向量；所述各帧的第一子向量和第二子向量的计算表达式如下：其中，表示第帧的第一子向量，表示第帧的第二子向量，表示第帧的近似系数向量的奇数位元素，表示第帧的近似系数向量的偶数位元素，表示向量中的第位元素，其中，，b表示小波变换分解层数；S25、分别对各帧的第一子向量和第二子向量进行SVD，得到各帧的第一子向量奇异值和第二子向量奇异值；所述各帧向量的奇异值的计算表达式如下：所述各帧向量的奇异值的计算表达式如下：其中，表示第帧的第一子向量奇异值，表示第帧的第二子向量奇异值，表示第帧的第个子向量的对角矩阵，表示第帧的第个子向量的子向量矩阵，表示第帧的第个子向量的第一酉矩阵，表示第帧的第个子向量的第二酉矩阵的转置；S26、基于嵌入参数，将加密后的水印序列微分嵌入各帧的第一子向量奇异值和第二子向量奇异值，得到各帧经修改的第一奇异值和第二奇异值；所述各帧中经修改的第一奇异值和第二奇异值的计算表达式如下：
其中，表示第帧中经修改的第一奇异值，表示第帧中经修改的第二奇异值，表示第帧对应的加密后的水印序列中的元素；S27、基于各帧经修改的第一奇异值和第二奇异值，得到带有水印图像的音频信号。
[0012]采用上述进一步方案的有益效果为：本专利技术将原始音频信号分帧，对每帧进行三级DWT变换，并采用DWT变换得到的近似系数嵌入水印，保证了抵抗常规音频信号处理操作的能力，其次，将近似系数向量分解并子采样后，使用自适应的嵌入参数对奇异值进行修改，考虑了原始音频信号的特性，提高了感知质量。
[0013]进一步地，所述S26中的嵌入系数的通过自适应量化方法得到；所述自适应量化方法包括如下步骤：A1、基于原始音频信号与嵌入水印后的音频信号，构建初始信噪比；所述初始信噪比的计算表达式如下：其中，表示信噪比，表示第帧原始音频信号的平方，表示第帧原始音频信号，表示第帧嵌入水印后的音频信号；A2、分别对信噪比中的各帧音频信号进行三级DWT变换，得到近似分量信噪比；所述近似分量信噪比的计算表达式如下：其中，表示近似分量信噪比，表示第帧原始音频信号的近似分量的平方，表示第帧原始音频信号的近似分量，表示第帧嵌入水印后的音频信号的近似分量；A3、通过子采样分解近似分量信噪比中各帧的原始音频信号的近似分量和嵌入水印后的音频信号的近似分量，并对子采样分解的结果进行SVD，得到本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，其特征在于，包括如下步骤：S1、基于Logistic混沌映射对水印图像进行加密，得到加密后的水印序列；S2、将加密后的水印序列嵌入原始音频信号，得到带有水印图像的音频信号；S3、解密带有水印图像的音频信号中的水印序列，得到水印图像。2.根据权利要求1所述的基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，其特征在于，所述S1包括如下步骤：S11、构建Logistic混沌映射；所述Logistic混沌映射的计算表达式如下：其中，表示Logistic混沌映射的第个输出，表示第一秘钥，表示第二秘钥，为大于1的整数，表示Logistic混沌映射的第个输出，表示矩阵的行数，表示矩阵的列数；S12、基于Logistic混沌映射构建加密二进制序列；所述加密二进制序列的计算表达式如下：其中，表示加密二进制序列，表示第三秘钥；S13、将水印图像转换为图像一维序列；所述图像一维序列的计算表达式如下：其中，表示图像一维序列，表示图像一维序列中的第i位；S14、利用加密二进制序列对图像一维序列进行加密，得到加密后的水印序列；所述加密后的水印序列的计算表达式如下：其中，表示加密后的水印序列中第i个加密水印位，表示异或运算。3.根据权利要求2所述的基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，其特征在于，所述S2包括如下步骤：S21、将原始音频信号分帧，得到若干帧音频信号和分帧后的每帧长度；所述分帧后的每帧长度的计算表达式如下：其中，表示原始音频信号分帧后的每帧长度，表示原始音频信号的长度，表示总帧数，表示四舍五入运算；
S22、分别对各帧音频信号进行三级DWT变换，得到各帧对应的近似系数、第一细节系数、第二细节系数和第三细节系数；S23、选择各帧对应的近似系数进行水印嵌入，得到各帧的近似系数向量；S24、通过子采样分解各帧的近似系数向量，得到各帧的第一子向量和第二子向量；所述各帧的第一子向量和第二子向量的计算表达式如下：其中，表示第帧的第一子向量，表示第帧的第二子向量，表示第帧的近似系数向量的奇数位元素，表示第帧的近似系数向量的偶数位元素，表示向量中的第位元素，其中，，b表示小波变换分解层数；S25、分别对各帧的第一子向量和第二子向量进行SVD，得到各帧的第一子向量奇异值和第二子向量奇异值；所述各帧向量的奇异值的计算表达式如下：所述各帧向量的奇异值的计算表达式如下：其中，表示第帧的第一子向量奇异值，表示第帧的第二子向量奇异值，表示第帧的第个子向量的对角矩阵，表示第帧的第个子向量的子向量矩阵，表示第帧的第个子向量的第一酉矩阵，表示第帧的第个子向量的第二酉矩阵的转置；S26、基于嵌入参数，将加密后的水印序列微分嵌入各帧的第一子向量奇异值和第二子向量奇异值，得到各帧经修改的第一奇异值和第二奇异值；所述各帧中经修改的第一奇异值和第二奇异值的计算表达式如下：其中，表示第帧中经修改的第一奇异值，表示第帧中经修改的第二奇异值，
表示第帧对应的加密后的水印序列中的元素；S27、基于各帧经修改的第一奇异值和第二奇异值，得到带有水印图像的音频信号。4.根据权利要求3所述的基于SVD的自适应鲁棒音频盲水印方法，其特征在于，所述S26中的嵌入系数的通过自适应量化方法得到；所述自适应量化方法包括如下步骤：A1、基于原始音频信号与嵌入水印后的音频信号，构建初始信噪比；所述初始信噪比的计算表达式如下：其中，表示信噪比，表示第帧原始音频信号的平方，表示第帧原始音频信号，表示第帧嵌入水印后的音频信号；A2、分别对信噪比中的各帧音频信号进行三级DWT变换，得到近似分量信噪比；所述近似分量信噪比的计算表达式如下：其中，表示近似分量信噪比，表示第帧原始音频信号的近似分量的平方，表示第帧原始音频信号的近似分量，表示第帧嵌入水印后的音频信号的近似分量；A3、通过子采样分解近似分量信噪比中各帧的原始音频信号的近似分量和嵌入水印后的音频信号的近似分量，并对子采样分解的结果进行SVD，得到奇异值信噪比；所述奇异...

【专利技术属性】
技术研发人员：史沧红，刘相谊，李孝杰，甘佳鑫，熊玲，牛宪华，
申请(专利权)人：西华大学，
类型：发明
国别省市：