【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及信息加密，具体为基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法。
技术介绍
1、当今，由于网络和计算机通信技术的飞速发展，多媒体文件可以很容易地被人们分发、共享和操纵。毫无疑问，这大大增加了对版权保护的需求。而数字水印是一种很有前途的保护数字音频产品不受篡改的技术。具体地说，零水印技术以不可感知的方式将版权信息隐藏在原始音频信号中。它已成为研究者们关注的焦点。然而，良好的零水印方案还需要足够鲁棒以抵抗许多有意或无意的攻击。因此本文在提高鲁棒性能方面做了一些努力。根据水印提取是否需要原始音频信号和水印，水印技术可分为非盲(包括半盲)水印和盲水印。非盲水印要求原始音频和水印参与水印提取，而盲水印则不需要。
2、现有的零水印方案可以大致分为两组：基于时域和基于变换域。对于零水印算法来说，确定零水印的构造区域至关重要，并且直接影响到了算法的性能。在以往的研究中，通常选择原始音频的特征参数构造零水印来保证水印信息的安全性，并且还要保证在各信号攻击之下具有很强的鲁棒性。所以，选择合适的区域和音频特征是设计一个好的零水印系统的关键。变换域方法由于其简单有效而比时域方法更受欢迎。
3、目前，先进的零水印方案主要基于离散余弦变换(dct)、离散小波变换(dwt)、奇异值分解(svd)或多变换域的组合。基于变换域的零水印算法利用了原始音频信号的本质特征。更多的，现有的算法中，有人提出了基于非负矩阵分解(nmf)的音频零水印方案，在抵抗信号攻击和移位攻击中有着很好的鲁棒性。也有学者使用了基于于图傅里叶变换的方
技术实现思路
1、本专利技术的目的是：针对现有的零水印方案不能有效地抵抗常见攻击的问题，提出基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法。
2、本专利技术为了解决上述技术问题采取的技术方案是：
3、基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，所述方法包括水印的嵌入步骤和水印的提取步骤：
4、所述水印的嵌入步骤具体包括：
5、步骤11：获取包含显著性特征的图像，并将该图像进行二值化处理，得到二值水印图像，所述二值水印图像的大小为n×n，n为整数；
6、步骤12：将二值水印图像进行阿诺德置乱处理，并将置乱后的二值水印图像转换为一维水印序列c，
7、步骤13：获取音频信号x；
8、步骤14：将音频信号x均匀划分为s个不重叠的帧，所述s为一维水印序列c的长度；
9、步骤15：将划分后的音频信号x的每一帧分别进行小波变换，之后逐帧进行变分模态分解，得到每一帧所有的imf，即模态分量；
10、步骤16：选取音频信号x每一帧中首个imf进行快速傅里叶变换，得到每一帧中首个imf各频率的幅值，并选取其中最高幅值ηi，1≤i≤s；
11、步骤17：选取音频信号x每一帧中的最高幅值，并求平均值，得到mean(ηi)；
12、步骤18：根据ηi和mean(ηi)的大小关系形成极性向量bi，之后将极性向量bi与一维水印序列c进行异或运算，得到水印密钥key，进而完成零水印的嵌入，所述水印密钥key表示为：
13、
14、所述水印的提取步骤具体包括：
15、步骤21：获取待提取水印的音频信号x0，将音频信号x0作为音频信号x重复上述步骤，得到极性矢量bi'；
16、步骤22：将极性向量bi'和水印密钥key进行异或运算，得到一维水印序列c'，所述一维水印序列c'表示为：
17、
18、步骤23：将一维水印序列c'进行解除置乱处理，得到二值水印图像。
19、进一步的，所述置乱后的二值水印图像表示为：
20、
21、其中，x和y分别表示像素点坐标，x'和y'分别表示置乱后的像素点坐标。
22、进一步的，所述一维水印序列c表示为：
23、c＝{c(i)＝c(1),c(2),…,c(s),1≤i≤s,s＝n2}
24、其中，c(i)表示图像的像素点，s表示二值图像的总像素数。
25、进一步的，所述步骤14中将音频信号x均匀划分为s个不重叠的帧，每一帧的长度表示为：
26、q＝floor(x_len/s)
27、其中，x_len表示音频信号x的长度。
28、进一步的，所述变分模态分解中，惩罚因子α为2000，模态数k＝10
29、进一步的，所述mean(ηi)表示为：
30、
31、其中，m表示最高幅度值的个数。
32、进一步的，所述极性向量bi表示为：
33、
34、进一步的，所述步骤23中二值水印图像表示为：
35、
36、进一步的，所述步骤13中音频信号x的时长为30秒。
37、进一步的，所述步骤11中n＝32。
38、本专利技术的有益效果是：
39、本申请首先将输入音频信号分割成固定帧，然后应用小波变换、变分模态分解(vmd)算法和快速傅立叶变换(fft)提取原始音频信号的特征向量。最后，将特征向量与进行了阿诺德置乱的数字水印序列进行异或运算，实现零水印的嵌入。本申请的技术方案与现有的零水印方案相比，本申请的技术方案可以有效地抵抗常见攻击，尤其是在噪声攻击下有很好的鲁棒性。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述方法包括水印的嵌入步骤和水印的提取步骤：
2.根据权利要求1所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述置乱后的二值水印图像表示为：
3.根据权利要求2所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述一维水印序列C表示为：
4.根据权利要求3所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述步骤14中将音频信号x均匀划分为S个不重叠的帧，每一帧的长度表示为：
5.根据权利要求4所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述变分模态分解中，惩罚因子α为2000，模态数K＝10。
6.根据权利要求5所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述Mean(ηi)表示为：
7.根据权利要求6所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述极性向量Bi表示为：
8.根据权利要求
9.根据权利要求1所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述步骤13中音频信号x的时长为30秒。
10.根据权利要求1所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述步骤11中N＝32。
...【技术特征摘要】
1.基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述方法包括水印的嵌入步骤和水印的提取步骤：
2.根据权利要求1所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述置乱后的二值水印图像表示为：
3.根据权利要求2所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述一维水印序列c表示为：
4.根据权利要求3所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述步骤14中将音频信号x均匀划分为s个不重叠的帧，每一帧的长度表示为：
5.根据权利要求4所述的基于变分模态分解和傅里叶变换的小波域音频零水印方法，其特征在于：所述变分模态分解中，惩罚因子α为20...
【专利技术属性】
技术研发人员：夏颖，郭扬，张光妲，王艳春，赵婧，张泽鑫，李宗岳，王岩，何胤北，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，
类型：发明
国别省市：
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