一种基于隐藏信道的可闻声定位方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及定位技术领域，特别是指一种基于隐藏信道的可闻声定位方法及系 统。
【背景技术】
[0002] 无线传感器网络的定位技术(尤其是室内定位技术)是系统运行的支撑技术之一， 具有重要的研究意义和应用价值。无线传感器网络中的定位技术包括大量的技术手段，例 如，声音定位，所述声音特指人耳可以听到的声音，即可闻声，不包括超声波。现有声音定位 的典型手段是通过麦克风阵列和复杂的数字信号处理手段，定位声源的位置。然而，现有的 可闻声定位手段具有以下缺点：
[0003] (1)定位的是声源的位置，而非接收者的位置，定位目标单一；
[0004] (2)定位硬件和定位算法相对复杂；
[0005] (3)可闻声(如音乐、广播等)对用户的听觉而言存在意义，因此声源发出的信号不 能是任意指定的波形，不能影响用户的正常收听。
[0006] 由于上述条件的限制，尽管声音的接收设备（例如，麦克风)是一类低成本和广泛 应用的传感器，但声音在无线传感器网络的室内定位中应用并不广泛。
【发明内容】
[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于隐藏信道的可闻声定位方法及系统，以 解决现有技术所存在的可定位目标单一，定位硬件和算法相对复杂，应用场景受限制的问 题。
[0008] 为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种基于隐藏信道的可闻声定位方法， 包括：
[0009] 将信标信号和原始载体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号的载体音频信号； [0010]在接收端接收嵌入信标信号的载体音频信号，并根据接收信号和信标信号的互相 关函数，判定接收信号中是否存在信标信号；
[0011]若所述接收信号中存在信标信号，则确定所述信标信号的出现时刻。
[0012] 进一步地，所述信标信号为伪随机序列。
[0013] 进一步地，所述将信标信号和原始载体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号的 载体音频信号包括：
[0014] 将信标信号b(t)乘以正的衰减系数α后在给定时刻to和原始载体音频信号s(t)进 行叠加，生成嵌入信标信号的载体音频信号y(t):
[0015] y(t) =s(t)+a · b(t_t〇)，α>〇。
[0016] 进一步地，所述在接收端接收嵌入信标信号的载体音频信号包括：
[0017] 当载体音频信号y(t)传输到接收端时，引入的噪声信号为w(t)，即接收端得到的 接收信号z(t)为：
[0018] z(t) =y(t)+w(t) 〇
[0019] 进一步地，所述互相关函数为：
[0020]
-ct> -ου .-ου
[0021] 式中，Czb(T)表示互相关函数，z(t)表示接收信号，b(t)表示信标信号，s(t)表示原 始载体音频信号，w(t)表示噪声信号，α表示衰减系数。
[0022] 进一步地，所述若所述接收信号中存在信标信号，则确定所述信标信号的出现时 刻包括：
[0023]若所述互相关函数的峰值大于等于预设的互相关函数阈值，则判断接收信号中存 在信标信号，且互相关函数峰值位置对应的时刻为所述信标信号的出现时刻。
[0024] 进一步地，若所述互相关函数有多个相同的峰值，则取第一个出现的峰值。
[0025] 本发明实施例还提供一种基于隐藏信道的可闻声定位系统，包括：
[0026] 叠加单元，用于将信标信号和原始载体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号的 载体音频信号；
[0027] 判定单元，用于在接收端接收嵌入信标信号的载体音频信号，并根据接收信号和 信标信号的互相关函数，判定接收信号中是否存在信标信号；
[0028] 确定单元，用于若所述接收信号中存在信标信号，则确定所述信标信号的出现时 刻。
[0029] 进一步地，所述信标信号为伪随机序列。
[0030] 进一步地，所述确定单元：用于若所述互相关函数的峰值大于等于预设的互相关 函数阈值，则判断接收信号中存在信标信号，且互相关函数峰值位置对应的时刻为所述信 标信号的出现时刻；
[0031] 其中，若所述互相关函数有多个相同的峰值，则取第一个出现的峰值。
[0032] 本发明的上述技术方案的有益效果如下：
[0033] 上述方案中，通过将信标信号和原始载体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号 的载体音频信号;在接收端接收嵌入信标信号的载体音频信号，并根据接收信号和信标信 号的互相关函数，判定接收信号中是否存在信标信号;若所述接收信号中存在信标信号，则 确定所述信标信号的出现时刻。这样，将应用于信息安全领域的数字水印技术融合于可闻 声信号中，即在原始载体音频信号中嵌入用于定位的信标信号(数字水印），并基于隐藏信 道，对可闻声信号中的信标信号的出现时刻进行检测，该信标信号的出现时刻能够表达声 音传播的延时，从而实现测距，即在不影响人耳正常听觉的前提下，利用隐藏信道将可闻声 作为一种定位手段，定位方法简单，应用场景广泛。
【附图说明】
[0034]图1为本发明实施例提供的基于隐藏信道的可闻声定位方法的流程图；
[0035] 图2为本发明实施例提供的基于隐藏信道的可闻声定位方法在超市中的应用示意 图；
[0036] 图3为本发明实施例提供的信标信号b(t)的示意图；
[0037] 图4为本发明实施例提供的原始载体音频信号第1秒的波形示意图；
[0038] 图5为本发明实施例提供的信标信号b(n)的波形示意图；
[0039] 图6为本发明实施例提供的嵌入信标信号后的载体音频信号y(n)的示意图；
[0040] 图7为本发明实施例提供的引入噪声后的接收端可闻声信号z(n)的示意图；
[0041] 图8为本发明实施例提供的最终的可闻声信号与信标信号的互相关函数的示意 图；
[0042]图9为本发明实施例提供的测量误差与噪声强度和嵌入的信标信号的强度关系示 意图；
[0043] 图10为本发明实施例提供的测量误差与信标信号类型的关系示意图；
[0044] 图11为本发明实施例提供的载体音频信号news的示意图；
[0045]图12为本发明实施例提供的载体音频信号song的示意图；
[0046] 图13为本发明实施例提供的载体音频信号类型与测量误差的关系示意图。
【具体实施方式】
[0047] 为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具 体实施例进行详细描述。
[0048]本发明针对现有的可定位目标单一，定位硬件和算法相对复杂，应用场景受限制 的问题，提供一种基于隐藏信道的可闻声定位方法及系统。
[0049] 为了更好地理解本发明，先对数字水印（Digital Watermarking)技术进行介绍， 数字水印是将一些标识信息（即数字水印）嵌入到载体中，且不影响原载体的使用价值，也 不容易被探知和再次修改。在本发明实施例中，数字水印的嵌入作为一种隐藏信道，在该隐 藏信道中嵌入了信标信号，通过接收者判定信标信号的传播延时，实现测距。
[0050]音频数字水印按照数字水印算法可以分为时域数字水印算法和变换域数字水印 算法，本发明实施例仅讨论时域数字水印算法，初步研究隐藏信道在传输定位信标信号中 的可行性。时域数字水印算法包括:最低比特位方法、回声隐藏、基于扩频序列的数字水印 等。本发明实施例采用基于扩频序列的数字水印，即将一个幅度较低的高速伪随机序列与 原始载体音频信号进行叠加，使得用户从听觉上难以发现载体音频信号中嵌入了数字水 印，本发明实施例中的信标信号仅用于测距，而没有携带具体的信息，因此信标信号的嵌入 与传统的基于扩频序列的数字水印略有差异。
[0051 ] 实施例一
[0052] 参看图1所示，本发明实施例提供的一种基于隐藏信道的可闻声定位方法，包括：
[0053] S1:将信标信号和原始载体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号的载体音频信 号；
[0054] S2:在接收端接收嵌入信标信号的载体音频信号，并根据接收信号和信标信号的 互相关函数，判定接收信号中是否存在信标信号；
[0055] S3:若所述接收信号中存在信标信号，则确定所述信标信号的出现时刻。
[0056]本发明实施例所述的基于隐藏信道的可闻声定位方法，通过将信标信号和原始载 体音频信号进行叠加，生成嵌入信标信号的载体音频信号;在接收端接收嵌入信标信号的 载体音频信号，并根据接收信号和信标信号的互相关函数，判定接收信号中是否存在信标 信号;若所述接收信号中存在信标信号，则确定所述信标信号的出现时刻。这样，将应用于 信息安全领域的数字水印技术融合于可闻声信号中，即在原始载体音频信号