CN109714284B - 一种基于k-s检测的射频水印检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于K‑S检测的射频水印检测方法，包括：去除接收到的一组射频信号中的载体信号，得到一组新信号值；计算该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)和噪声累积分布函数F_N(z)；对F_Z(z)和F_N(z)进行K‑S检测，根据检测结果判断射频水印是否存在。本发明针对的载体不是多媒体信号，而是数字调制射频信号，该信号可在接收端恢复出来，基于该特性，将载体信号解调出来之后去除，再进行K‑S检测，消除了载体对水印的干扰，从而提高K‑S检测的准确率。本发明将K‑S检测应用到调制信号水印检测中，K‑S检测可以检测到统计规律的变化，判断水印是否存在，从而在在接收端仅知道一组信号值时，发现信号中隐藏的水印信号，该方法应用范围更加广泛。

Description

一种基于K-S检测的射频水印检测方法

技术领域

本发明属于射频水印技术领域，更具体地，涉及一种基于K-S检测的射频水印检测方法。

背景技术

经过数十年的快速发展，数字水印已经不再局限于数字图像、音频、视频等数字产品中，应用于射频系统确保无线系统的使用安全，成为数字水印技术新的发展方向。应用于射频系统的数字水印也称作射频虽然数字水印。如图1所示，典型的基于基带信号水印嵌入算法的射频水印系统，其核心部分包括水印嵌入和水印提取。水印嵌入部分是以帧为单位进行的，嵌入水印信息后，合并为完整信号经上变频、功率放大后发射。水印提取部分在下变频后首先进行帧同步和数据同步，然后进行水印信息的提取。目前的研究主要集中在水印的嵌入和提取上。

常规的水印检测都是基于多媒体信号的，国内外还没有针对调制信号的水印本身的检测。目前几乎所有关于射频水印的研究都是在已知编码方式的情况下进行的。但是，如果接收端仅知道从信道中传过来的一组信号值而对其它的情况一无所知，又该如何判断这一组信号中是否存在射频水印，目前还没有人对这方面的问题作出考虑。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于解决接收端仅知道一组信号值情况如何检测射频水印的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明实施例提供了一种基于K-S检测的射频水印检测方法，该方法包括以下步骤：

S1.去除接收到的一组射频信号中的载体信号，得到一组新信号值{z}；

S2.计算该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)和噪声累积分布函数F_N(z)；

S3.对F_Z(z)和F_N(z)进行K-S检测，根据检测结果判断射频水印是否存在。

具体地，步骤S1包括以下子步骤：

S101.估计该组射频信号中每个信号的载体信号，载体信号的计算公式如下：

s_i＝E(|y|)sign(y_i)

其中，y_i表示第i个射频信号，|·|表示绝对值算符，E(·)表示期望值，sign(y_i)为符号函数，当y_i大于0时，其值为1，当y_i小于0时，其值为-1，i＝1,2,…,L，L表示该组射频信号总个数；

S102.将该组射频信号中每个信号去除其载体信号，得到一组新信号值{z}＝{z₁,z₂,…,z_L}，其中，z_i＝y_i-s_i。

具体地，计算所述该组新信号值中的噪声累积分布函数F_N(z)包括以下步骤：

(1)假定信号{z}中只包含噪声，利用该组新的信号值，计算z的功率值

计算公式如下：

其中，var(z)表示z的方差，σ_Z表示噪声信号的标准差；

(2)基于σ_Z得到噪声累积分布函数F_N(z)，计算公式如下：

具体地，计算所述该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)包括以下步骤：

(1)对该组新的信号值z升序排列{z′}＝{z′₁,z′₂,…z′_L}，其中，z′₁≤z′₂≤…≤z′_L；

(2)计算F_Z(z)在L个z′_i上的取值，计算公式如下：

其中，i表示z′_i排序后的位置，i＝1,2,…,L，L表示该组射频信号总个数。

具体地，步骤S3具体包括以下子步骤：

S301.构造统计量

z′_i表示对该组新的信号值z升序排序后的第i个信号值，L表示该组射频信号总个数；

S302.固定D的显著性水平为0.05，当

判定为不存在射频水印；当

判别为存在射频水印。

第二方面，本发明实施例提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面所述的射频水印检测方法。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.本发明针对的载体不是多媒体信号(例如图片、声音等)，而是数字调制的射频信号，该信号可在接收端恢复出来，基于该特性，将载体信号解调出来之后去除，再进行K-S检测，消除了载体对水印的干扰，从而提高K-S检测的准确率。

2.本发明将K-S检测应用到调制信号水印检测中，由于嵌入水印前后，信号的统计分布规律会发生变化，K-S检测可以检测到统计规律的变化，判断水印是否存在，从而在在接收端仅知道一组信号值时，发现信号中隐藏的水印信号，该方法应用范围更加广泛。

附图说明

图1为现有技术中典型的射频水印系统结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种基于K-S检测的射频水印检测方法流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图2所示，一种基于K-S检测的射频水印检测方法，该方法包括以下步骤：

S1.去除接收到的一组射频信号中的载体信号，得到一组新信号值；

S2.计算该组新信号值的累积概率函数F_Z(z)和噪声累积分布函数F_N(z)；

S3.对F_Z(z)和F_N(z)进行K-S检测，根据检测结果判断射频水印是否存在。

步骤S1.去除接收到的一组射频信号中的载体信号，得到一组新信号值。

在BPSK调制中，接收到的射频信号可表示为

y＝x+s+n

其中，x表示功率为

的射频水印信号，σ_X表示水印信号的标准差，x的分布和取值随机；s表示载体信号；n表示独立高斯变量且功率为

的噪声信号，σ_Z表示噪声信号的标准差。载体信号可以为BPSK调制信号(s＝±σ_s)，也可以为QPSK调制信号(s＝±σ_s±jσ′_s)，σ_s表示载体信号的幅值。因此，该方法能够适用于所有BPSK(面向二进制相移键控)信号，也可以推广到QPSK信号。

为了精确分析，本发明实施例选择在接收端每次接收的信号个数为L＝500，并将接收到的一组射频信号表示为

{y}＝{y₁,y₂,…y_L}

S101.估计该组射频信号中每个信号的载体信号。

利用载体信号功率远大于水印信号功率这个特性，将接收到的一组BPSK射频信号进行处理，获得估计的载体信号s。

s_i＝E(|y|)sign(y_i)

其中，y_i表示第i个射频信号，|·|表示绝对值算符，E(·)表示期望值，sign(y_i)为符号函数，当y_i大于0时，其值为1，当y_i小于0时，其值为-1，i＝1,2,…,L。

S102.将该组射频信号中每个信号去除其载体信号，得到一组新信号值。

将接收到的一组信号值y除去估计的载体信号值s，最后得到一组新的信号值z。接收到的射频信号y消除载体信号s后，得到的新信号值可以表示为{z}＝{z₁,z₂,…,z_L}，其中，z_i＝y_i-s_i。

步骤S2.计算该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)和噪声累积分布函数F_N(z)。

S201.假定信号{z}中只包含噪声，利用该组新的信号值，计算z的功率值

其中，var(z)表示z的方差，σ_Z表示噪声信号的标准差。

S202.基于σ_Z得到噪声累积分布函数F_N(z)。

S203.对该组新的信号值进行升序排序，利用排序后的信号值计算F_Z(z)。

首先，将新构造的信号z升序排列{z′}＝{z′₁,z′₂,…z′_L}，其中，z′₁≤z′₂≤…≤z′_L。然后计算F_Z(z)在z′_i(1≤i≤L)上的L个取值如下：

步骤S3.对F_Z(z)和F_N(z)进行K-S检测，根据检测结果判断射频水印是否存在。

本发明构造统计量

z′_i表示对该组新的信号值z升序排序后的第i个信号值，L表示该组射频信号总个数；然后通过查找K-S检测(Kolmogorov-Smirnov检测)D的临界值表可知，当固定D的显著性水平为0.05时，

可以判定为不存在射频水印；同理如果

则可以判别为存在射频水印。

以上，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种基于K-S检测的射频水印检测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1.去除接收到的一组射频信号中的载体信号，得到一组新信号值{z}；

S2.计算该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)和噪声累积分布函数F_N(z)；

S3.对F_Z(z)和F_N(z)进行K-S检测，根据检测结果判断射频水印是否存在；

步骤S1包括以下子步骤：

S101.估计该组射频信号{y}＝{y₁，y₂，…，y_L}中每个信号的载体信号，载体信号的计算公式如下：

s_i＝E(|y|)sign(y_i)

其中，y_i表示第i个射频信号，|·|表示绝对值算符，E(·)表示期望值，sign(y_i)为符号函数，当y_i大于0时，其值为1，当y_i小于0时，其值为-1，i＝1，2，…，L，L表示该组射频信号总个数；

S102.将该组射频信号中每个信号去除其载体信号，得到一组新信号值{z}＝{z₁，z₂，…，z_L}，其中，z_i＝y_i-s_i；

步骤S3具体包括以下子步骤：

S301.构造统计量

z′_i表示对该组新的信号值z升序排序后的第i个信号值；

S302.固定D的显著性水平为0.05，当

判定为不存在射频水印；当

判别为存在射频水印。

2.如权利要求1所述的射频水印检测方法，其特征在于，计算所述该组新信号值中的噪声累积分布函数F_N(z)包括以下步骤：

(1)假定信号{z}中只包含噪声，利用该组新的信号值，计算z的功率值

计算公式如下：

其中，var(z)表示z的方差，σ_Z表示噪声信号的标准差；

(2)基于σ_Z得到噪声累积分布函数F_N(z)，计算公式如下：

3.如权利要求1所述的射频水印检测方法，其特征在于，计算所述该组新信号值的累积分布函数F_Z(z)包括以下步骤：

(1)对该组新的信号值z升序排列{z ′}＝{z′₁，z′₂，…z′_L}，其中，z′₁≤z′₂≤…≤z′_L；

(2)计算F_Z(z)在L个z′_i上的取值，计算公式如下：

4.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至3任一项所述的基于K-S检测的射频水印检测方法。

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