一种基于常数Q变换的音频水印嵌入方法

摘要

本发明公开了一种基于常数Q变换的音频水印嵌入方法，本发明的核心是引入常数Q变换来将音频信号从时域变换到频域，得到音频在每个频程的每一帧的能量，通过改变特定频程前后帧的能量比值来实现水印的嵌入和提取。本发明与现有技术相比有较强的鲁棒性，对音频信号的重量化、重采样、噪声、低通、高通、MP3和AAC攻击都有很好的鲁棒性，为音频的版权保护提供了一种有效的途径。

主权项

一种基于常数Q变换的音频水印嵌入方法，其特征在于，引入常数Q变换将音频信号从时域变换到频域，得到音频在每个频程的每一帧的能量，通过改变特定频程前后帧的能量的比值来实现水印的嵌入和提取；具体步骤如下：步骤1，选取音频信号，对其进行常数Q变换，得到每个频程的常数Q变换系数以及频谱图，随机生成N位由0和1组成的数字串作为水印，N为自然数；步骤2，根据频谱图分析音频信号在每个频程的能量分布情况，选取可用于嵌入水印的频程；步骤3，分析步骤2选出的频程中每一帧的常数Q变换系数大小，并计算每一帧的能量，确定用于嵌入水印的频程，并得到在该频程中非零帧之间索引值的最小差值diffIdx；确定用于嵌入水印的频程后，计算这个频程中每一帧的能量，当某一帧的能量a与其后面第X个非零帧的能量b关系满足b>a>＝0.9b或a>b>＝0.9a时，将这一帧添加到可用于嵌入水印的候选帧中；重复对每一帧进行判定，得到一列可用于嵌入水印的候选帧，并记录下这些候选帧对应的索引值；X为自然数且大于等于5；步骤4，对候选帧进行再次判定得到用于嵌入水印的帧，判定方法为：当后一帧的索引值Idx2与前一帧的索引值Idx1的差值小于diffIdx的Y倍时，将后一帧从候选帧中剔除，得到新的候选帧序列；然后重复采用这个判定方法，最后得到用于嵌入水印的帧；从这些帧中挑选出前N帧作为可用帧，这N帧在该频程中的索引值作为密钥，N为自然数；Y为自然数且大于等于11；步骤5，根据第n位水印的值来改变可用帧中第n帧和其后第X个非零帧的能量比值来嵌入水印，具体嵌入规则为：当第n位水印位为1时，将可用帧中第n帧的能量提升到原来的m倍，而将其后面的第X个非零帧的能量降低到原来的1/m倍；当水印位为0时，将可用帧中第n帧的能量降低到原来的1/m倍，而将其后面的第X个非零帧的能量提升到原来的m倍；m为嵌入强度，具体的m的确定方法由实验确定；n＝1,2，…N；步骤6，确定嵌入强度m后，根据步骤5提供的方法嵌入水印，根据帧的能量的改变来相应的改变该帧的常数Q变换系数，然后再进行常数Q变换重构，得到加水印的音频信号；步骤7，对得到的加水印后的音频信号进行常数Q变换，得到每个频程的常数Q变换系数；根据嵌入过程中生成的密钥找到嵌入水印的帧的索引值，并计算出这些帧和其后第X个非零帧的能量；若这些帧中的第n帧的能量小于其后面第X个非零帧的能量，则第n位水印为0；若这些帧中第n帧的能量大于其后面第X个非零帧的能量，则第n位水印为1；对这些帧中的所有帧进行逐一判断，最后得到所有的水印。