CN101807402A

CN101807402A - 一种在广播信号中嵌入文字信息的方法

Info

Publication number: CN101807402A
Application number: CN201010125688A
Authority: CN
Inventors: 周红燕; 周鸣籁; 刘学观
Original assignee: Suzhou University
Current assignee: Suzhou University
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2010-08-18

Abstract

本发明公开了一种在广播信号中实时嵌入文字信息的方法，具体涉及在广播信号的发送端进行编码、接收端进行解码的方法。在发送端，对采样得到的广播信号进行数字化处理，再按时间间隔分帧、按频谱算法进行变换处理后，将帧同步码、地址码和经数字化编码处理后的文字信息作为水印嵌入到广播信号的听觉不敏感频段，再对该信号进行逆变换，得到嵌入文字信息的广播信号，经数字/模拟转换后，由广播模拟信道进行发送；接收端按对应的方法进行解码处理，即可得到对应的发送文字信息。本发明提供的技术方案，可代替使用GPRS方式进行公众信息发布，节省通信费用，提高可靠性，增大覆盖范围，同时，可对广播直播节目实现版权保护，具有推广应用前景。

Description

一种在广播信号中嵌入文字信息的方法

技术领域

本发明涉及一种流媒体处理技术，特别涉及一种在广播信号声音流中实时嵌入文字信息的方法。

背景技术

近年来，流媒体的应用越来越广泛，如远程教育、宽带网视频点播、互联网直播、视频会议等等。当前流媒体主要包括声音和视频两种形式。对于视频流媒体，现在有一些主流的编解码标准，其中以MPEG-4编码技术发展势头最为迅猛。编码格式的固定，为视频流的处理提供了很大的方便。公开号为CN 101198045A的中国发明专利公开了一种数字水印系统，该系统采用了MPEG-4标准的视频数据包，对数据进行变换处理后嵌入水印。

音频流媒体是信息、信号处理领域的主要媒体形式之一，随着网络技术和通讯技术的不断发展，音频数据量以极高的速度增加。广播信号也是一种重要的音频流媒体。如果能实现在现有的广播信号中实时嵌入并提取文字信息，可以充分利用现有的广播信道，进行各种公众信息的发布，既可以节省使用GPRS这样的通信方式产生的流量费，也可以在地震等突发情况发生时，不会因为部分网络通信设备的损坏而影响发布的及时性；在一些现场直播的情况下，也可以同时加入水印信息，更好地保护现场直播时的各种版权。

与视频流媒体不同的是，广播信号作为一种比较特殊的音频流媒体，没有具体统一的编解码标准，没有同步帧及校验位，用户需要听到的是连续而且音质较好的节目，而且目前除少数试点地区外，大部分地区使用的仍是模拟信道，难以像视频流那样直接在数字域方便地进行各种变换，而不对原有信号产生较大的影响。所以要在不影响用户正常收听广播信号的前提下，实时嵌入、提取文字信息，存在一定的困难。

目前，非对称数字用户环路(Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL)是一种可以在声音信号中同时传送数据信息的技术。ADSL数据信号和电话音频信号以频分复用原理调制于各个频段，其中4kHz以下频段用于传送电话语音信号，20kHz到1.1MHz的频段用来传送数据的上行和下行信号。但是在ADSL进行数据传输时，会产生高频噪音，影响语音通话质量，所以在两端都要使用ADSL信号分离器，将ADSL数据信号和普通音频电话信号分离出来。因为ADSL技术会造成音质下降，因此，并不适合用于在广播信号中嵌入文字信息。

数字水印作为信息隐藏的一种重要技术，广泛应用于版权保护、票据防伪、声像数据的隐藏标识和篡改提示等领域，但现在的水印较多的是应用于文件，应用于流媒体的也仅限于视频流媒体中，对于音频流媒体，尤其是广播信号，实时数字水印技术未见报道或应用。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种覆盖范围广、通信成本低廉、可靠性高的在广播信号中嵌入文字信息的方法。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案是提供一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，包括发送端的编码处理和接收端的解码处理；

所述的发送端的编码处理方法包括如下步骤：

(1)对模拟广播信号进行数字化处理，再按时间间隔分帧；

(2)对分帧后的信号按频谱算法进行变换处理，得到对应的广播信号变换域信息；

(3)将需要嵌入的文字信息进行数字化编码处理，得到数字化文字信息；

(4)将帧同步码和地址码组成帧头；

(5)在步骤3得到的数字化文字信息前加入步骤4组成的帧头，作为水印嵌入到步骤2产生的广播信号变换域信息的听觉不敏感低频域段；

(6)对上述广播信号变换域信息进行逆变换，得到嵌入文字信息的广播信号，经数字/模拟转换后，由广播模拟信道进行发送；

所述的接收端的解码处理方法包括如下步骤：

(1)将接收到的广播信号进行数字化处理，按发送端同样的时间间隔分帧：

(2)对分帧后的信号作发送端同样的频谱算法变换，搜索帧同步码，得到水印的起始位置；

(3)对含有水印的帧信号作与发送端同样的变换，提取水印，获得数字化文字信息。

所述的文字信息数字化编码后，用全黑和全白两种数字化模板图形分别替代二进制代码0和1。

所述的按时间间隔分帧，其分帧间隔时间为100～1000ms。

所述的广播信号的低频域段为0～5.5kHz。

与现有技术相比，本发明具有以下显著特点：

(1)与GPRS等点对点通信方式相比，采用广播通信方式可以同时快速向多个接收者发布公众信息，也可以加入地址标识向特定接收者发送信息，且不需支付通信费用，使用成本低廉。

(2)由于广播信号发射功率大，覆盖范围广，且不会如蜂窝移动通信那样因网络设备故障或通信容量限制造成通信失败，因此，本发明提供的在广播信号中嵌入文字信息的方法其可靠性高；同时，本发明所采用的在广播信号中嵌入文字信息的方法，不改变现有广播发射和接收设备，只要接入附加编码和解码装置即可实施，因此，该方法投入成本低，实施灵活方便。

(3)与ADSL等技术相比，嵌入文字信息后对语音音质的损害极小，不需使用其它方法分离数据信号和音频信号，操作简便。

(4)可以在现场直播节目中加入水印信息，实现版权保护。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种在广播信号中嵌入文字信息时发送端的工作流程图；

图2是本发明实施例提供的发送端的硬件结构示意框图；

图3是本发明实施例提供的发送端的编码处理流程图；

图4本发明实施例提供的一种在广播信号中嵌入文字信息时接收端的工作流程图；

图5是本发明实施例提供的接收端的硬件结构示意框图；

图6是本发明实施例提供的接收端的解码处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：

本实施例提供一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，并提供一种实现该技术方案的发送端和接收端的硬件结构。

参见附图1，它是本实施例提供的一种在广播信号中嵌入文字信息时发送端的工作流程图，其中虚线框内为发送端的附加编码装置。当用户没有信息发布的需求时，广播信号并不需要经过发送装置的一系列处理，直接交由广播发射机发射即可；当用户需要发布文字信息时，通过采样、量化，将广播信号进行数字化处理，即模拟/数字转换；由于广播信号是接连不断的，对这种信号必须进行分帧处理，在本实施例中分帧处理的时间间隔为120ms，一般情况下，可取100～1000ms；然后，对每一帧的信息按频谱算法进行变换处理，得到对应的变换域信息，本实施例中采用3级Haar小波变换域的算法。

同时，将需要嵌入的文字信息采用《信息交换用汉字编码字符集》(GB2312-80)标准，得到按二进制代码0和1表示的对应的汉字，再用4×4点阵形成的全黑和全白两种模板图形分别替代二进制代码0和1，得到数字编码处理后的文字信息作为水印，添加到变换域。具体的添加方法是：在嵌入文字信息的变换域开始位置，先加入帧同步码，接着添加地址码和信息帧数，再添加数字编码的文字信息，将该变换域信息加入到广播信号听觉不敏感的频率段，一般为低频范围0～5.5kHz。

然后进行逆变换，得到嵌入文字信息的广播信号。该广播信号经数字/模拟转换，由广播发射机通过模拟信道进行发送。

参见附图2，它是本实施例提供的发送端的硬件结构示意框图，其中虚线框内为发送端的附加编码装置。图中，待发布文字由用户通过触摸屏手写输入，连续的模拟广播信号经过模拟/数字转换、分帧后，将数据送到ARM处理器。ARM处理器作为主控制芯片，完成计算、控制等编码处理。由ARM处理器输出的信号经D/A转换后，输入到调频发射机，将音频信号调制后发射出去。

参见附图3，它是本实施例发送端的编码处理流程图。ARM处理器作为主控芯片，控制发送部分的整个流程。系统初始化后，处理器通过I/O口读出用户输入的文字信息，并对其按照国标码进行编码。同时，对收到的信号分帧、进行Harr小波变换，在初始的时刻加入帧同步码，帧同步码结束后，添加必要的地址码，接着加入信息帧数。然后根据文字编码在变换域加入模板图形，最后进行逆变换，如此循环，一直到所需播出的全部文字信息结束。

参见附图4，它是本实施例提供的一种在广播信号中嵌入文字信息时接收端的工作流程图，其中虚线框内为接收端的附加解码装置。先将接收机解调后的信号数字化，按照发送端同样的间隔时间进行分帧；对分帧后的信号作发送端同样的频谱算法变换；搜索帧同步码，判断水印起始位置。对每帧信号作与发送端同样的变换，提取水印，获得每一幅图形；将所得图形与标准模板比对判决，得到对应的汉字编码。对所得编码进行译码后，即可得到在发送端添加的水印信息，广播内容也可同时进行正常播放。

参见附图5，它是本实施例提供的接收端的硬件结构示意框图，其中虚线框内为接收端的附加解码装置。由调频收音机接收到发送端发射的信号，对于其中的广播信号解调就还原成正常的广播信号，对于嵌入其中的水印信息，经过模拟/数字转换，交由ARM处理器处理，得到其中的文字信息。

参见图6，它是本实施例提供的接收端中ARM处理器的解码处理流程图。ARM处理器对输入的数字信号，与发送端同间隔地进行分帧、以同样的小波变换算法进行处理，搜索在发送端初始时刻添加的帧同步码，如果接收码字与发送端的帧同步码一致，则提取帧同步码后面的文字信息，如果不一致，可以计算与帧头之间的距离，从而进行调整。如果所检测帧并没有添加水印信息，则计算出的距离将是整个一帧，调整时，会跳过整个一帧信号，继续下一帧的检测。经过调整后，再进行比较，直至找到帧同步码的开始位置。然后提取模板图形并译码，一直到提取的信息帧数与发送端添加的信息帧数一致为止。

在本实施例中，发送和接收装置的采样量化都采用了16位并行A/D芯片，对信号的处理都采用了ARM处理器(Atmel sam9260)，分帧间隔为120ms，频谱算法采用3级Haar小波变换，所加水印的低频范围0～5.5kHz，代表0、1的模板图形采用4×4全黑和全白两种，具有一定的检错和纠错能力，帧同步码采用具有特殊意义的连续4张模板图形，检测不到帧同步码时，如果是没有添加任何水印信息的广播信号，则跳过这一帧，继续下一帧的检测；如果是检测到部分帧同步码，但与发送端不完全一致时，则根据所得数据可以判断出与帧头之间的距离，作相应调整后即可正确找到帧同步码。找到帧同步码后，即可开始提取水印。

Claims

1.一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，包括发送端的编码处理和接收端的解码处理方法，其特征在于：

所述的发送端的编码处理方法包括如下步骤：

(1)对模拟广播信号进行数字化处理，再按时间间隔分帧；

(4)将帧同步码和地址码组成帧头；

所述的接收端的解码处理方法包括如下步骤：

(1)将接收到的广播信号进行数字化处理，按发送端同样的时间间隔分帧；

2.根据权利要求1所述的一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，其特征在于：所述的文字信息数字化编码后，用全黑和全白两种数字化模板图形分别替代二进制代码0和1。

3.根据权利要求1所述的一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，其特征在于：所述的按时间间隔分帧，其分帧间隔时间为100～1000ms。

4.根据权利要求1所述的一种在广播信号中嵌入文字信息的方法，其特征在于：所述的广播信号的低频域段为0～5.5kHz。