一种基于回声隐藏的数字音频水印算法

软件天地

文章编号：１００８－０５７０（２００８）０１－１－０３０１－０３

一种基于回声隐藏的数字音频水印算法

ＡＤｉｇｉｔａｌＡｕｄｉｏＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍＢａｓｅｄＯｎＥｃｈｏＨｉｄｉｎｇ

（１．西安建筑科技大学；２．西安交通大学）姚钟涵

１

王慧琴１，２毛力１

ＹＡＯＺＨＯＧＮＨＡＮＷＡＮＧＨＵＩＱＩＮＭＡＯＬＩ

摘要：本文提出了一种新的基于回声隐藏的算法，该算法有别于传统的时间域嵌入－倒谱域提取，水印的嵌入和提取均在时间域完成，能够在回声幅度很小的情况下保持高检测率；基于人类听觉特性对音频进行能量划分，根据能量的不同自适应地嵌入回声，ＰＮ序列的引入提高了水印的安全性和不可见性；仿真结果证明该算法对常见攻击具有好的透明性和鲁棒性。关键词：数字水印；回声隐藏；倒谱；ＰＮ序列

文献标识码：Ａ中图分类号：ＴＰ３０１．６

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｆｒｏｍｔｈｅｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌｅｃｈｏｈｉｄｉｎｇｏｐｅｒａｔｅｄｉｎｔｉｍｅａｎｄｃｅｐｓｔｒｕｍｄｏｍａｉｎ，ｗｅｐｒｏｐｏｓｅａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｏｆｅｃｈｏｈｉｄ－

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Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＤｉｇｉｔａｌＷａｔｅｒｍａｒｋｉｎｇ，Ｅｃｈｏｈｉｄｉｎｇ，Ｃｅｐｓｔｒｕｍ，ＰＮ－Ｓｅｑｕｅｎｃｅ

引言

数字水印技术是近几年来国际学术界兴起的一个前沿研究领域。它通过在被保护的数字多媒体对象中嵌入秘密信息－－－－水印，对这些对象的版权归属权进行判定。水印信息可以是版本、作者、持有人的姓名和序列号等。按照被保护载体的种类音频水印、文本水印和可以将数字水印技术划分为：图像水印、视频水印等。

回声隐藏是音频水印技术里的一种时间域水印嵌入算法，其优点很多，如隐藏算法简单，算法不产生噪声，隐藏效果好，但同时也存在缺点，当回声幅度减小时，在水印提取时，正确率就会降低；当回声幅度增大时，又得不到好的隐藏效果。因此在回声不可感知的情况下如何提高水印的检测率是回声隐藏的难点。本文使用ＰＮ序列对传统的单回声内核作了改进，使用心理声学模型对音频信号按照能量进行了分类，使得水印能够自适应地嵌入，实验验证算法具有良好的不可感知性，并且得到了较高的水印检测率。

信息。

２）定义两种不同的回声延迟△１、△０。比特１对应△１，比特０对应△０。

３）根据每段应该嵌入比特值选择△１或△０对应的内核与该段进行卷积。最后完成段合并。

＊水印提取过程为：

１）将接收到的数据ｙ（ｎ）按照预定的段长分段（接收方已知△１，△０，Ｎ）。

２）求出各段的倒谱值，比较每一段信号中△１和△０处的倒谱值ｃ（△１）和ｃ（△０），若前者大于后者，则判为１，反之，则判为０。

技术创新

２一种新的回声隐藏算法

本文提出的基于回声隐藏的算法，主要是在透明性、安全性和检测率这三个方面对传统回声隐藏算法进行了改进。框图如下。

图１中，Ｘ表示回声内核的符号控制，＊表示卷积。算法使用段长Ｎ，参与水印嵌入的音频数据位置，和ＰＮ序列三个密钥来保证算法的安全性。

２．１水印透明性的提高

在时间域，修改音频信号后的透明性较之频率域差，因此本算法选取音频载体的一部分嵌入数据来保证透明性，选取的位置作为密钥。选用固定的衰减系数是传统回声隐藏的做法，为了提高静音段回声隐藏的检测性能，改进后的算法首先计算每个音频段的能量，对于能量较大的数据段，嵌入水印时选取较大的衰减系数，对于能量较小的数据段则选取较小的衰减系数。这样就保证了在能量较大数据段嵌入幅度较大的回声，提高了检测率，在能量较小的数据段嵌入幅度较小的回声，保证了透明性。如图２所示。

２．２水印安全性的提高

ＰＮ序列的引入主要考虑：１）安全性：回声隐藏的弱点就是任

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１回声隐藏算法

回声隐藏通过在时域引入回声将数据嵌入到音频信号中。

在数字音频中加入回声的方法可表示为：

ｘ（ｎ）：原始音频信号；ｘｗ（ｎ）：含回声的音频信号；△：延迟，ｄ：能量衰减。，ｈ（ｎ）被称作回声内核，回声隐藏通过在音频信号中引入不同的回声延迟来嵌入比特位“１”和“０”。

＊水印嵌入过程为：

１）首先将音频载体分割成Ｎ段，每段隐藏一个比特的秘密姚钟涵：硕士研究生

基金项目：陕西省自然科学研究计划项目基金（编号：２００５Ｆ４０）ＰＬＣ技术应用２００例》