CN104538038A - 具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置,其中，方法为：获取音频信号块，确定音频信号块左声道数组和音频信号块右声道数组；对音频信号块左声道数组和音频信号块右声道数组采用MCLT变换，获得变换后的音频信号块左声道数组右声道数组；对变换后的音频信号块左声道数组右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；对嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。通过本发明提供的具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置，能够保证嵌入水印后的音频具有良好的质量，同时使得音频信号更加丰富，减少失真。

Description

具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置

技术领域

本发明涉及信息隐藏技术领域，尤其涉及一种具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置。

背景技术

随着计算机技术的发展，数字视频给人类的生活带来了极大的方便，智能手机、CD/DVD播放器、MP3随身听和在线音乐等让人们可以轻松获取到感兴趣的音频内容。与此同时，也带来音频版权内容保护的问题。由于数字音频的可复制性，盗版音频变得十分容易，未经授权拷贝、传播数字媒体变得越发容易和普遍。音乐行业每年由于盗版行为损失至少数十亿美元的收入。传统的保护方式为加密方式，加密方式只保证传输过程中的安全，但是，播放音频的时候一定要先对音频进行解密，当音频被解密之后就无法再受到加密技术的保护了。近年来新兴了一门音频水印技术，属于信息隐藏技术中的一种，将水印信息嵌入在音频中，不容易察觉到因嵌入水印而对音频造成的修改，这种技术可以应用于音频内容的版权保护，将版权信息隐藏在音频中，当音频经历传播、分发等操作后，仍然可以根据音频提取到版权信息，用于版权内容的标示、取证等。由于音频水印技术中的水印技术嵌入在音频内容本身，会一直伴随音频内容的存在而存在，可以有效避免加密技术无法在解密之后继续对音频内容进行版权保护的问题。

数字水印技术可以分为盲水印和非盲水印：盲水印在提取时不需要原始载体作参照；而非盲水印需要原始载体作为参照才能进行水印的提取。音频水印基本都为盲水印。调制重叠变换(ModulatedLapped Transformation，简称MLT)通常被用于视频和音频压缩中的块变换编码。它可以实现完全重构，没有块边界效应，为很多种类信号的变换编码提供了最优的性能。复数调制重叠变换(Modulated ComplexLapped Transformation，简称MCLT)为MLT的一个简单扩展被提出，来并保存了MLT的优点。一个回声可以被视为声音信号自身的延迟后的版本。可以使延迟足够小，这样回声变不会被听到。很多基于回声隐藏的算法已经被提出，例如单回声隐藏，双回声隐藏，前向-后向回声隐藏和时间扩展回声隐藏以及它们的改进。

大多数现有音频水印技术，是通过对音频的时域或变换域的信息做一定的修改来嵌入水印。在时域嵌入水印实现简单，而且水印的嵌入量较大，但此时音频信号的鲁棒性较低，安全性很差

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置，能够保证嵌入水印后的音频具有良好的质量，同时使得音频信号更加丰富，减少失真。

第一方面，本发明提供一种具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，包括：

获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；

对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；

对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；

对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

进一步地，所述获取音频信号块步骤之前包括：

获取当前播放的音乐的音频信号；

根据所述当前播放的音乐的音频信号采用预设的分块准则，确定所述音频信号块。

进一步地，对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组，包括：

对所述音频信号块左声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组；

对所述音频信号块右声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块右声道数组；

所述变换后的音频信号块左声道数组为：

$X_i\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[0\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\Σ}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[0\right][n-M]p_a(n-k)$

所述变换后的音频信号块右声道数组为：

$X_i\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\Σ}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[1\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\Σ}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[0\right][n-M]p_a(n-k)$

其中，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1，pa(n,k)为正变换基函数。

进一步地，在对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组步骤之前，还包括：

判断所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组是否已经存在音频水印，若所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组不存在音频水印；

对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组。

进一步地，对所述变换后的音频信号块左声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组，包括：

根据预设的水印芯片，修改所述变换后的音频信号块左声道数组，获得第一左声道数组；

所述第一左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[0\right]\left[k\right]\·a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[0\right]\left[k\right]\·\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对所述第一左声道数组采用MCLT逆变换，获得第二左声道数组；

所述第二左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\Σ}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据所述第二左声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号左声道数组；

所述嵌入水印的音频信号左声道数组为：

y_i[0][n]＝x’_i[0][n]+a*x’_i[0][n-d_e]

对所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号右声道数组，包括：

根据预设的水印芯片，修改所述变换后的音频信号块右声道数组，获得第一右声道数组；

所述第一右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[1\right]\left[k\right]\·a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[1\right]\left[k\right]\·\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对所述第一右声道数组采用MCLT逆变换，获得第二右声道数组；

所述第二右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\Σ}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据所述第二右声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号右声道数组；

所述嵌入水印的音频信号右声道数组为：

y_i[1][n]＝x’_i[1][n]+a·x’_i[1][n-d_1-e]

其中，a为采样点的大小改变量，d为回声延迟，e为回声水印比特，p_s(k,n)为逆变换基函数。

第二方面，本发明提供了一种具有鲁棒性的音频水印嵌入装置，包括：

获取单元，用于获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；

变换单元，用于对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；

嵌入单元，用于对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；

结合单元，用于对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

第三方面，本发明提供了一种具有鲁棒性的音频水印提取方法，包括：

获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块；

根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数；

对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。

进一步地，所述根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特，包括：

将所述嵌有水印的音频信号块分成嵌有水印的音频信号块左声道和嵌有水印的音频信号块右声道；

根据所述嵌有水印的音频信号块左声道和所述嵌有水印的音频信号块右声道，确定左声道的倒谱值和右声道的倒谱值；

所述左声道的倒谱值为：

c[0][n]＝F^-1(logF(y_i[0][n]))

所述右声道的倒谱值为：

c[1][n]＝F^-1(logF(y_i[1][n]))

根据所述左声道的倒谱值和所述右声道的倒谱值，确定所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特为：

$e=\left\{\begin{array}{ccc}0& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]>c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\\ 1& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]<c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\end{array}\right.$

其中，e为回声水印比特，d为回声延迟，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1。

进一步地，所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数为：

$Y_i\left(k\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{y}_{i-1}\left(n\right)p_s(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{y}_i(n-M)p_s(n,k)$

所述预设的水印芯片的相关度准则为：

correlation(Y_i,chip_w)＝Y_i·chip_w＝Max{Y_i·chip_t}

其中，p_s(n,k)为逆变换基函数，t实际水印芯片的数量。

第四方面，本发明提供了一种具有鲁棒性的音频水印提取装置，包括：

音频信号块单元，用于获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块；

回声水印比特单元，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

音频信号块的系数单元，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数；

确定嵌入内容单元，用于对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。

由上述技术方案可知，通过本发明提供的具有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置，其中，音频水印嵌入方法为：获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。通过本发明提供的有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法及装置，能够保证嵌入水印后的音频具有良好的质量，同时使得音频信号更加丰富，减少失真。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印嵌入方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印嵌入装置的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印提取方法的流程示意图；

图4为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印提取装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他的实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印嵌入方法的流程示意图，如图1所示，本实施例的具有鲁棒性的音频水印嵌入方法如下所述。

101、获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组。

应理解的是，获取音频信号的信号块，同时根据音频信号块确定音频信号块左声道数组和音频信号块右声道数组。

在步骤101之前还包括步骤：获取当前播放的音乐的音频信号，根据所述当前播放的音乐的音频信号采用预设的分块准则，确定所述音频信号块。

应理解的是，预设的分块准则可以是按照时间的间隔将音频信号进行分割，可以是0.01秒也可以是0.05秒，这里并不限定具体的时间间隔，依据实际情况进行限定。

102、对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化(Modulated Complex Lapped Transformation，简称MCLT)变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组。

应理解的是，对音频信号块左声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组，

变换后的音频信号块左声道数组为：

$X_i\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[0\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[0\right][n-M]p_a(n-k)$

对音频信号块右声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块右声道数组，

变换后的音频信号块右声道数组为：

$X_i\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[1\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[0\right][n-M]p_a(n-k)$

其中，p_a(n,k)＝p_a ^c(n,k)-jp_a ^s(n,k)，

${p_a}^c(n,k)=h_a(n,k)\sqrt{\frac{2}{M}}\cos \left[(n+\frac{M+1}{2})(k+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{M}\right]$

${p_a}^c(n,k)=h_a(n,k)\sqrt{\frac{2}{M}}\cos \left[(n+\frac{M+1}{2})(k+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{M}\right]$

$h_a\left(n\right)=-\sin \left[(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{2M}\right]$

p_a(n,k)为正变换基函数，p_a ^c(n,k)为余弦调制，p_a ^s(n,k)为正弦调制，h_a(n)为分析窗口，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1。

103、对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组。

应理解的是，对变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组。

在执行步骤103之前还包括步骤：判断所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组是否已经存在音频水印，若所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组不存在音频水印。

应理解的是，在变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组已经存在音频水印时候，则不需要对左声道数组和右声道数组再加入水印的信息。

104、对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

应理解的是，对嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

根据预设的水印芯片，修改所述变换后的音频信号块左声道数组，获得第一左声道数组，

第一左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[0\right]\left[k\right]\&CenterDot;a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[0\right]\left[k\right]\&CenterDot;\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对第一左声道数组采用MCLT逆变换，获得第二左声道数组，

第二左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据第二左声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号左声道数组；

嵌入水印的音频信号左声道数组为：

y_i[0][n]＝x’_i[0][n]+a*x’_i[0][n-d_e]

对变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号右声道数组，包括：

根据预设的水印芯片，修改变换后的音频信号块右声道数组，获得第一右声道数组；

第一右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[1\right]\left[k\right]\&CenterDot;a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[1\right]\left[k\right]\&CenterDot;\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对第一右声道数组采用MCLT逆变换，获得第二右声道数组；

第二右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据第二右声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号右声道数组；

嵌入水印的音频信号右声道数组为：

y_i[1][n]＝x’_i[1][n]+a·x’_i[1][n-d_1-e]

其中，a为采样点的大小改变量，d为回声延迟，e为回声水印比特，p_s(k,n)为逆变换基函数。

通过本发明提供的有鲁棒性的音频水印嵌入和提取方法，能够保证嵌入水印后的音频具有良好的质量，同时使得音频信号更加丰富，减少失真。

图2为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印嵌入装置的结构示意图，如图2所示，本实施例的具有鲁棒性的音频水印嵌入装置如下所述。

具有棒性的音频水印嵌入装置，包括获取单元21，变换单元22，嵌入单元23，结合单元24。

获取单元21，用于获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；

变换单元22，用于对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；

嵌入单元22，用于对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；

结合单元24，用于对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

通过本实施例的具有鲁棒性的音频水印嵌入装置，能够保证嵌入水印后的音频具有良好的质量，同时使得音频信号更加丰富，减少失真。

图3为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印提取方法的流程示意图，如图3所示，本实施例的具有鲁棒性的音频水印提取方法如下所述。

301、获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块。

应理解的是，获取嵌有水印的音频信号，对获得的嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块。

应理解的是，预设的分块准则可以是按照时间的间隔将音频信号进行分割，可以是0.01秒也可以是0.05秒，这里并不限定具体的时间间隔，依据实际情况进行限定。

302、根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特。

应理解的是，将嵌有水印的音频信号块分成嵌有水印的音频信号块左声道和嵌有水印的音频信号块右声道，

根据嵌有水印的音频信号块左声道和所述嵌有水印的音频信号块右声道，确定左声道的倒谱值和右声道的倒谱值，

左声道的倒谱值为：

c[0][n]＝F^-1(logF(y_i[0][n]))

右声道的倒谱值为：

c[1][n]＝F^-1(logF(y_i[1][n]))

根据左声道的倒谱值和所述右声道的倒谱值，确定嵌有水印的音频信号的回声水印比特，

嵌有水印的音频信号的回声水印比特为：

$e=\left\{\begin{array}{ccc}0& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]>c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\\ 1& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]<c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\end{array}\right.$

其中，e为回声水印比特，d为回声延迟，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1。

303、根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数。

应理解的是，根据嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数。

304、对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。

应理解的是，变换后的嵌有水印的音频信号块的系数为：

$Y_i\left(k\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{y}_{i-1}\left(n\right)p_s(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{y}_i(n-M)p_s(n,k)$

$p_s(n,k)=\frac{1}{2}[{p_s}^c(n,k)+j{p_s}^s(n,k)],j=\sqrt{-1}$

${p_a}^c(n,k)=h_a(n,k)\sqrt{\frac{2}{M}}\cos \left[(n+\frac{M+1}{2})(k+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{M}\right]$

${p_a}^c(n,k)=h_a(n,k)\sqrt{\frac{2}{M}}\cos \left[(n+\frac{M+1}{2})(k+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{M}\right]$

$h_a\left(n\right)=-\sin \left[(n+\frac{1}{2})\frac{\mathrm{\&pi;}}{2M}\right]$

p_s(n,k)为逆变换基函数，p_s ^c(n,k)为余弦调制，p_s ^s(n,k)为正弦调制，h_s(n)为分析窗口。

应理解的是，预设的水印芯片的相关度准则为：

correlation(Y_i,chip_w)＝Y_i·chip_w＝Max{Y_i·chip_t}

其中，t实际水印芯片的数量。

通过本实施例的具有鲁棒性的音频水印提取方法，能够保证嵌入水印后的音频中获得较好的水印信息，同时可以减少对音频的损害，减少失真。

图4为本发明实施例提供的一种具有鲁棒性的音频水印提取装置的结构示意图，如图4所示，本实施例的具有鲁棒性的音频水印提取装置如下所述。

具有鲁棒性的音频水印提取装置，包括音频信号块单元41，回声水印比特单元42，音频信号块的系数单元43和确定嵌入内容单元44。

音频信号块单元41，用于获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块；

回声水印比特单元42，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

音频信号块的系数单元43，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数；

确定嵌入内容单元44，用于对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。

通过本实施例的具有鲁棒性的音频水印提取装置，能够保证嵌入水印后的音频中获得较好的水印信息，同时可以减少对音频的损害，减少失真。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或者部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储在计算机可读取的存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质中。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但是，本发明的保护范围不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替代，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，其特征在于，包括：

获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；

对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；

对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；

对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

2.根据权利要求1所述的具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，其特征在于，所述获取音频信号块步骤之前包括：

获取当前播放的音乐的音频信号；

根据所述当前播放的音乐的音频信号采用预设的分块准则，确定所述音频信号块。

3.根据权利要求1所述的具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，其特征在于，对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组，包括：

对所述音频信号块左声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组；

对所述音频信号块右声道数组采用MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块右声道数组；

所述变换后的音频信号块左声道数组为：

$X_i\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[0\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[0\right][n-M]p_a(n-k)$

所述变换后的音频信号块右声道数组为：

$X_i\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{x}_{i-1}\left[1\right]\left[n\right]p_a(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{x}_i\left[1\right][n-M]p_a(n-k)$

其中，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1，pa(n,k)为正变换基函数。

4.根据权利要求1所述的具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，其特征在于，在对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组步骤之前，还包括：

判断所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组是否已经存在音频水印，若所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组不存在音频水印；

对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组。

5.根据权利要求1或者4所述的具有鲁棒性的音频水印嵌入方法，其特征在于，对所述变换后的音频信号块左声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组，包括：

根据预设的水印芯片，修改所述变换后的音频信号块左声道数组，获得第一左声道数组；

所述第一左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[0\right]\left[k\right]\&CenterDot;a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[0\right]\left[k\right]\&CenterDot;\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对所述第一左声道数组采用MCLT逆变换，获得第二左声道数组；

所述第二左声道数组为：

$X_i^{,}\left[0\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[0\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据所述第二左声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号左声道数组；

所述嵌入水印的音频信号左声道数组为：

y_i[0][n]＝x’_i[0][n]+a*x_i’[0][n-d_e]

对所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号右声道数组，包括：

根据预设的水印芯片，修改所述变换后的音频信号块右声道数组，获得第一右声道数组；

所述第一右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]=\left\{\begin{array}{ccc}{X}_i\left[1\right]\left[k\right]\&CenterDot;a& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=1\\ X_i\left[1\right]\left[k\right]\&CenterDot;\frac{1}{a}& \mathrm{if}& {\mathrm{chip}}_w\left(k\right)=0\end{array}\right.$

对所述第一右声道数组采用MCLT逆变换，获得第二右声道数组；

所述第二右声道数组为：

$X_i^{,}\left[1\right]\left[n\right]={\mathrm{\&Sigma;}}_{N=0}^{M-1}{X}_i^{,}\left[1\right]\left[k\right]p_s(k,n)$

根据所述第二右声道数组和预设的回声水印比特，获得嵌入水印的音频信号右声道数组；

所述嵌入水印的音频信号右声道数组为：

y_i[1][n]＝x’_i[1][n]+a·x’_i[1][n-d_1-e]

其中，a为采样点的大小改变量，d为回声延迟，e为回声水印比特，p_s(k,n)为逆变换基函数。

6.一种具有鲁棒性的音频水印嵌入装置，其特征在于，包括：

获取单元，用于获取音频信号块，根据所述音频信号块确定所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组；

变换单元，用于对所述音频信号块左声道数组和所述音频信号块右声道数组采用复数调制重叠变化MCLT变换方法，获得变换后的音频信号块左声道数组和变换后的音频信号块右声道数组；

嵌入单元，用于对所述变换后的音频信号块左声道数组和所述变换后的音频信号块右声道数组采用回声水印方法，获得嵌入水印的音频信号左声道数组和嵌入水印的音频信号右声道数组；

结合单元，用于对所述嵌入水印的音频信号左声道数组和所述嵌入水印的音频信号右声道数组进行对应相加，获得嵌有水印的音频信号。

7.一种具有鲁棒性的音频水印提取方法，其特征在于，包括：

获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块；

根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数；

对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。

8.根据权利要求7所述的具有鲁棒性的音频水印提取方法，其特征在于，所述根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特，包括：

将所述嵌有水印的音频信号块分成嵌有水印的音频信号块左声道和嵌有水印的音频信号块右声道；

根据所述嵌有水印的音频信号块左声道和所述嵌有水印的音频信号块右声道，确定左声道的倒谱值和右声道的倒谱值；

所述左声道的倒谱值为：

c[0][n]＝F^-1(logF(y_i[0][n]))

所述右声道的倒谱值为：

c[1][n]＝F^-1(logF(y_i[1][n]))

根据所述左声道的倒谱值和所述右声道的倒谱值，确定所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特为：

$e=\left\{\begin{array}{ccc}0& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]>c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\\ 1& \mathrm{if}& c\left[0\right]\left[d_0\right]-c\left[0\right]\left[d_1\right]<c\left[1\right]\left[d_0\right]-c\left[1\right]\left[d_1\right]\end{array}\right.$

其中，e为回声水印比特，d为回声延迟，M为音频信号块的样本数目，c为所有嵌入的水印字符的数目，k、n的取值范围为0到M-1，w、i的取值范围为0到c-1。

9.根据权利要求7所述的具有鲁棒性的音频水印提取方法，其特征在于，所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数为：

$Y_i\left(k\right)={\mathrm{\&Sigma;}}_{n=0}^{M-1}{y}_{i-1}\left(n\right)p_s(n,k)+{\mathrm{\&Sigma;}}_{n=M}^{2M-1}{y}_i(n-M)p_s(n,k)$

所述预设的水印芯片的相关度准则为：

correlation(Y_i,chip_w)＝Y_i·chip_w＝Max{Y_i·chip_t}

其中，p_s(k,n)为逆变换基函数，t实际水印芯片的数量。

10.一种具有鲁棒性的音频水印提取装置，其特征在于，包括：

音频信号块单元，用于获取嵌有水印的音频信号，对所述嵌有水印的音频信号采用预设的分块准则，确定嵌有水印的音频信号块；

回声水印比特单元，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用回声水印方法，获得所述嵌有水印的音频信号的回声水印比特；

音频信号块的系数单元，用于根据所述嵌有水印的音频信号块，采用MCLT变换，获得变换后的嵌有水印的音频信号块的系数；

确定嵌入内容单元，用于对所述变换后的嵌有水印的音频信号块的系数采用预设的水印芯片的相关度准则，确定所述嵌有水印的音频信号中的嵌入的内容。