[发明专利]基于混沌和小波变换的音频水印嵌入、提取方法

说明书

基于混沌和小波变换的音频水印嵌入方法，包括以下步骤：步骤1，对水印预处理，1)二值水印置乱；2)二值水印加密；步骤2，将鲁棒性水印和脆弱性水印分别嵌入小波域的低频和高频中；基于混沌和小波变换的音频水印提取方法，包括以下步骤：首先，对含有水印的音频信号进行小波分解，找出低频或高频分量中小于原先设定阈值的音频元素所对应的位置，再进行一维类噪声提取操作；其次，对提取得到的类噪声图像进行升维转换为二维图像格式，转换为加密图像；最后，加密图像进行混沌解密和Arnold逆变换，得到嵌入水印；具有隐蔽性强、稳健性高、易检验出攻击的特点。

技术领域

本发明属于音频水印嵌入技术领域，具体涉及基于混沌和小波变换的音频水印嵌入、提取方法。

背景技术

数字水印是指利用多媒体数据的冗余性和随机性，将某些代表特殊版权的数字信息嵌入到数字作品中，同时又不影响原始数字作品的使用价值。另一方面在需要时又可以通过提取算法，从数字作品中检测和提取出水印，从而可以检测数字作品的完整性和保护其版权的一种新兴技术。其于近20年的发展历程中，研究者们对该技术的研究逐渐走向成熟。

1990年发表了第一篇关于图像水印的文章。1995年以后，数字水印技术得到了广泛关注且得到了较快的发展。最低比特位LSB水印嵌入算法是早期较为经典的一类算法，是把每个采样点的最低有效位用一个水印比特代替，可以把大量的数据植入到音频信号中。Cvejic等人利用HAS中的时域掩蔽现象将基于扩频的水印嵌入到未压缩的原始音频数据中。Swanson等人通过直接修改音频样本来嵌入版权保护信息。Liu等人通过对正弦波引入小的频率偏移提出了一种对非轮唱音乐的音频水印算法。

值得注意的是，嵌入数字多媒体文件中的信息必须满足隐蔽性、鲁棒性、密钥唯一性、检测可靠性这四类基本特性才能成为水印。

快速更新的移动通讯设备和多媒体技术，更加智能的计算机网络，使得数字多媒体的应用取得惊人的进展。越来越多的多媒体文件通过网络进行传输。数字媒体相比于模拟媒体有诸多优点，如数字信号易于编辑，复制简单，不易失真，易于通过电子或物理的系统低价高速的传输和分配等。一方面正因为上述数字媒体的优点，其可反作用于计算机技术和计算机网络，使相关诸多技术得到进一步深化发展。另一方面带来了一个新的问题，即对数字多媒体在网络传输过程中版权的保护。

在如今大数据背景下，任何一种可以传输的数字多媒体作品均会有自己的版权。然而多媒体文件易于在网络上传输的特性，造成了其会受到非法拷贝的风险，那么作品背后的知识产权就越容易被侵害。如果只是单纯的使用传统算法对多媒体文件进行加密，一旦解密，则无保护可言。另一方面，传统密码学中的认证方法对多媒体数据并不适用，这是因为一定范围的失真不会影响多媒体数据所表达的信息，但传统密码学的认证方法却不允许任何比特的不同^[2]。为了解决这一问题，新兴的水印技术就是应对多媒体版权保护的需要提出的，水印分为脆弱性水印和鲁棒性水印两种。并且水印嵌入后不会影响原音频作品的质量，将不同类型的水印嵌入数字作品中，以此达到保护作品版权、保证作品完整性的目的。音频作为数字多媒体信息重要的一类，其应用范围十分广泛，在军事、教育、银行、办公等均有涉及。鉴于音频信号在多媒体数据中的重要地位，对音频数据的版权保护更不容忽视。如今单水印嵌入音频版权保护算法已不足以抵抗攻击。因此，探讨一个高安全级别的音频水印版权保护算法成为一个重要的研究课题。

发明内容

为克服上述现有技术的不足，本发明的目的是提供基于混沌和小波变换的音频水印嵌入、提取方法，具有隐蔽性强、稳健性高、易检验出攻击的特点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：基于混沌和小波变换的音频水印嵌入方法，包括以下步骤：

步骤1，对水印预处理，本步骤包括：

1)二值水印置乱

采用图像置乱的Arnold变换法，对水印图像矩阵中的像素点进行线性的变换，获得置乱后的水印加密图像，具体做法是：