交叉加性扩频音频水印嵌入方法、检测方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及数字音频水印技术领域，尤其涉及一种交叉加性扩频音频水印嵌入方 法、检测方法及系统。
【背景技术】
[0002] 数字音频水印是在音频信号中添加某些数字水印信息以达到文件真伪鉴别、版权 保护、信息隐藏等目的信号处理操作。交叉是指一帧音频样本点内的奇数序号点帧和偶数 序号点帧是交叉排列分布的。音频信号的短时平稳性决定了奇数序号点帧和偶数序号点帧 具有较强的相关性。传统的加性扩频音频水印系统中，由于没有利用交叉奇偶帧之间的高 度相关性，其将扩频后的水印信号与主信号直接相加，检测端采用相关检测时，得到的决策 统计量具有较大的方差，造成水印检测的错误率极高。
【发明内容】
[0003] 针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种可降低水印检测错误率的交叉加性 扩频音频水印嵌入方法、检测方法及系统。
[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下的技术方案：
[0005] -、交叉加性扩频音频水印嵌入方法，包括步骤：
[0006] S1读取音频文件得时域音频信号xt及其采样率fsl，将时域音频信号xt分帧后 变换为频域信号xf;
[0007]S2根据采样率fsl、帧长度及人耳敏感的声音频率范围，获得可嵌入水印的频域 样本点范围，从而获得该频域样本点范围的频域信号XF;
[0008]S3利用随机数种子seed通过rand函数生成长度为（fmaxl-fminl+1)的双极性 伪随机扩频序列u，fmaxi和fmini为可嵌入水印的频域样本点范围的最大值和最小值；
[0009]S4将频域信号XF中信号帧顺次编号，将奇数序号的信号帧组合成奇数序号信号 帧XFodd，将偶数序号的信号帧组合成偶数序号信号帧XFeven;
[0010]S5根据双极性伪随机扩频序列u，采用加性扩频水印嵌入法，对XFodd和XFeven 分别嵌入水印比特symbol和-l*symbol，得嵌入水印后的奇数序号信号帧YFodd和偶数序 号信号帧YFeven，symbol为应嵌入的水印比特；
[0011]S6将奇数序号信号帧YFodd和偶数序号信号帧YFeven按序号组合成信号帧YF;
[0012] S7将信号帧YF变换为时域信号，生成音频文件，即嵌入水印的音频文件。
[0013] S3进一步包括：
[0014] 利用RandStream函数对rand函数进行初始化和生成随机数种子seed;
[0015] 利用随机数种子seed和rand函数生成长度为（fmaxl-fminl+1)的随机数序 列；
[0016] 对随机数序列中各随机数分别进行四舍五入，得由0和1构成的二进制序列；
[0017] 对二进制序列中各二进制数均乘2并减1，得双极性伪随机扩频序列u。
[0018] 二、交叉加性扩频音频水印检测方法，包括步骤：
[0019] S1读取嵌入水印的音频文件得嵌入水印的时域音频信号rt及其采样率fs2,将时 域音频信号rt分帧后变换成频域信号sf;
[0020] S2根据采样率fs2、帧长度及人耳敏感的声音频率范围，获得可嵌入水印的频域 样本点范围，从而获得该频域样本点范围的频域信号SF;
[0021] S3利用随机数种子seed通过rand函数生成长度为（fmaxl-fminl+1)的双极性 伪随机扩频序列u，fmaxi和fmini为可嵌入水印的频域样本点范围的最大值和最小；
[0022] S4将频域信号SF中信号帧顺次编号，将奇数序号的信号帧组合成奇数序号信号 帧SFodd，将偶数序号的信号帧组合成偶数序号信号帧SFeven;
[0023] S5基于双极性伪随机扩频序列u，对奇数序号信号帧SFodd和偶数序号信号帧 SFeven分别进行相关检测操作，得奇决策统计量rodd和偶决策统计量reven;
[0024] S6根据奇决策统计量rodd和偶决策统计量reven得决策统计量ral1= rodd-reven，通过判断决策统计量rail的符号提取水印。
[0025]S3进一步包括：
[0026] 利用RandStream函数对rand函数进行初始化和生成随机数种子seed;
[0027] 利用随机数种子seed和rand函数生成长度为（fmaxl-fminl+1)的随机数序 列；
[0028] 对随机数序列中各随机数分别进行四舍五入，得由0和1构成的二进制序列；
[0029] 对二进制序列中各二进制数均乘2并减1，得双极性伪随机扩频序列u。
[0030] 三、交叉加性扩频音频水印嵌入系统，包括：
[0031] 时频域变换模块，用来读取音频文件得时域音频信号xt及其采样率fsl，将时域 音频信号xt分帧后变换为频域信号xf;
[0032] 频率范围选择模块，用来根据采样率fsl、帧长度及人耳敏感的声音频率范围，获 得可嵌入水印的频域样本点范围，从而获得该频域样本点范围的频域信号XF;
[0033] 扩频序列生成模块，用来利用随机数种子seed通过rand函数生成长度为（f maxl-fminl+1)的双极性伪随机扩频序列u，fmaxi和fmini为可嵌入水印的频域样本 点范围的最大值和最小值；
[0034] 分奇偶交叉帧模块，用来将频域信号XF中信号帧顺次编号，将奇数序号的信号帧 组合成奇数序号信号帧XFodd，将偶数序号的信号帧组合成偶数序号信号帧XFeven;
[0035] 水印交叉嵌入模块，用来根据双极性伪随机扩频序列u，采用加性扩频水印嵌入 法，对XFodd和XFeven分别嵌入水印比特symbol和-l*symbol，得嵌入水印后的奇数序号 信号帧YFodd和偶数序号信号帧YFeven，symbol为应嵌入的水印比特；
[0036] 奇偶交叉帧组合模块，用来将奇数序号信号帧YFodd和偶数序号信号帧YFeven按 序号组合成信号帧YF;
[0037] 时频域逆变换模块，用来将信号帧YF变换为时域信号，生成音频文件，即嵌入水 印的音频文件。
[0038] 四、交叉加性扩频音频水印检测系统，包括：
[0039] 时频域变换模块，用来读取嵌入水印的音频文件得嵌入水印的时域音频信号rt 及其采样率fs2,将时域音频信号rt分帧后变换成频域信号sf;
[0040] 频率范围选择模块，用来根据采样率fs2、帧长度及人耳敏感的声音频率范围，获 得可嵌入水印的频域样本点范围，从而获得该频域样本点范围的频域信号SF;
[0041] 扩频序列生成模块，用来利用随机数种子seed通过rand函数生成长度为（f maxl-fminl+1)的双极性伪随机扩频序列u，fmaxi和fmini为可嵌入水印的频域样本 点范围的最大值和最小；
[0042] 分奇偶交叉帧模块，用来将频域信号SF中信号帧顺次编号，将奇数序号的信号帧 组合成奇数序号信号帧SFodd，将偶数序号的信号帧组合成偶数序号信号帧SFeven;
[0043] 相关检测模块，用来基于双极性伪随机扩频序列u，对奇数序号信号帧SFodd和 偶数序号信号帧SFeven分别进行相关检测操作，得奇决策统计量rodd和偶决策统计量 reven；
[0044] 交叉判决模块，用来根据奇决策统计量rodd和偶决策统计量reven得决策统计量 rail=rodd-reven，通过判断决策统计量rail的符号提取水印。
[0045] 和现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
[0046] 本发明可大大减小决策统计量方差，从而降低水印检测的错误率。
【附图说明】
[0047]图1是本发明交叉加性扩频音频水印嵌入系统的结构框图；
[0048]图2是本发明交叉加性扩频音频水印检测系统的结构框图；
[0049]图3是本发明交叉加性扩频音频水印嵌入方法的具体流程图；
[0050]图4是本发明交叉加性扩频音频水印检测方法的具体流程图。
【具体实施方式】
[0051] 下面将结合附图对本发明【具体实施方式】进行详细说明。
[0052] 参见图1，本实施例提供的交叉加性扩频音频水印嵌入系统，包括时频域变换模块 1、频率范围选择模块2、扩频序列生成模块3、分奇偶交叉帧模块4、水印交叉嵌入模块5、奇 偶交叉帧组合模块6和时频域逆变换模块7,具体实施时可以采用软件固化技术实现各模 块。
[0053] 所述的时频域变换模块1，用来读取音频文件得时域音频信号xt及其采样率fsl， 将时域音频信号xt分帧后变换为频域信号xf。将频域信号xf输出给频率范围选择模块 2〇<