用于數(shù)字水印的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明總體上涉及數(shù)字信號(hào)處理領(lǐng)域，更具體地，涉及用于數(shù)字水印的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多媒體數(shù)字信號(hào)的版權(quán)保護(hù)、發(fā)布控制、一致性校驗(yàn)、廣播監(jiān)控、數(shù)據(jù)隱藏等領(lǐng)域。數(shù)字水印技術(shù)的基本思想是:向圖像、圖形、音頻和/或視頻之類的數(shù)字多媒體信號(hào)中添加稱為水印的信息，以便在將來(lái)用于各種驗(yàn)證目的。水印充實(shí)質(zhì)上是一種隱藏在主多媒體信號(hào)中的數(shù)字簽名，提供了關(guān)于主多媒體信號(hào)的所有權(quán)或者使用權(quán)限等信息。
[0003]從數(shù)字水印的提取和檢測(cè)看，數(shù)字水印技術(shù)可以被劃分為非盲水印技術(shù)、半盲水印技術(shù)和盲水印技術(shù)。非盲水印技術(shù)在提取和解碼時(shí)需要原始多媒體信息和所添加的參考信號(hào)(例如，偽噪聲序列)；半盲水印技術(shù)在提取時(shí)需要參考信號(hào)和生成該參考信號(hào)的密鑰；盲水印技術(shù)在提取時(shí)僅需要密鑰。
[0004]在針對(duì)音頻的數(shù)字水印技術(shù)中，基于擴(kuò)頻(Spread Spectrum, SS)調(diào)制的數(shù)字水印是一種已知的盲水印技術(shù)。然而，傳統(tǒng)上基于SS的水印僅考慮了攻擊噪聲對(duì)水印解碼的影響，忽略了主音頻信號(hào)本身對(duì)于水印解碼的干擾，這可能導(dǎo)致誤碼率的增高。而且，為了降低水印給主音頻信號(hào)造成的聽覺失真，水印嵌入方經(jīng)常對(duì)所使用的參考信號(hào)進(jìn)行頻譜處理。這使得執(zhí)行盲檢的數(shù)字水印解碼器難以準(zhǔn)確地恢復(fù)出水印嵌入方所使用的參考信號(hào)。換言之，水印嵌入方與解碼方之間存在著參考信號(hào)失配，這導(dǎo)致了解碼性能的降低。
[0005]因此，本領(lǐng)域中需要一種更為準(zhǔn)確和魯棒的數(shù)字音頻水印技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決本領(lǐng)域中的上述問題以及其他問題，本發(fā)明提供一種用于數(shù)字水印的系統(tǒng)和方法。
[0007]在本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種用于數(shù)字水印的系統(tǒng)，適于向信號(hào)源所產(chǎn)生的音頻信號(hào)添加水印。該系統(tǒng)包括:頻譜調(diào)制器，配置用于對(duì)將要嵌入音頻信號(hào)的水印比特和偽噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜調(diào)制以生成經(jīng)調(diào)制信號(hào)；失真控制器，耦合至信號(hào)源和頻譜調(diào)制器，配置用于根據(jù)音頻信號(hào)對(duì)經(jīng)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整形，以生成滿足預(yù)定失真約束的經(jīng)整形信號(hào)；以及干擾補(bǔ)償器，耦合至信號(hào)源和失真控制器，配置用于根據(jù)音頻信號(hào)、偽噪聲信號(hào)和經(jīng)整形信號(hào)生成補(bǔ)償信號(hào)，其中補(bǔ)償信號(hào)用于補(bǔ)償音頻信號(hào)對(duì)水印解碼的干擾。
[0008]在本發(fā)明的另一方面，提供一種用于數(shù)字水印的方法，適于向信號(hào)源所產(chǎn)生的音頻信號(hào)添加水印。該方法包括:對(duì)將要嵌入音頻信號(hào)的水印比特和偽噪聲信號(hào)進(jìn)行頻譜調(diào)制以生成經(jīng)調(diào)制信號(hào)；根據(jù)音頻信號(hào)對(duì)經(jīng)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行整形以生成滿足預(yù)定失真約束的經(jīng)整形信號(hào)；以及根據(jù)音頻信號(hào)、偽噪聲信號(hào)和經(jīng)整形信號(hào)生成補(bǔ)償信號(hào)，其中補(bǔ)償信號(hào)用于補(bǔ)償音頻信號(hào)對(duì)水印解碼的干擾。
【附圖說(shuō)明】
[0009]通過參考附圖閱讀下文的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述以及其他目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得易于理解。在附圖中，以示例性而非限制性的方式示出了本發(fā)明的若干實(shí)施例，其中:
[0010]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的用于數(shù)字水印的系統(tǒng)100的示意性結(jié)構(gòu)框圖；
[0011]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一示例性實(shí)施例的用于數(shù)字水印的系統(tǒng)200的示例性結(jié)構(gòu)框圖；以及
[0012]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的用于數(shù)字水印的方法300的流程圖。
[0013]在各個(gè)附圖中，相同或?qū)?yīng)的標(biāo)號(hào)表相同或?qū)?yīng)的部分。
【具體實(shí)施方式】
[0014]總體上，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，為了盡可能地降低作為信號(hào)載體的主音頻信號(hào)對(duì)于水印解碼的干擾，在水印嵌入方生成補(bǔ)償信號(hào)以便這種干擾進(jìn)行補(bǔ)償。由此，可以有效地降低水印解碼方的誤碼率。而且，為了克服水印嵌入方對(duì)參考信號(hào)進(jìn)行的失真控制處理給水印解碼帶來(lái)的不利影響，在本發(fā)明的實(shí)施例中，在生成上述補(bǔ)償信號(hào)時(shí)不僅考慮主音頻信號(hào)和原始偽噪聲信號(hào)，而且還將經(jīng)過調(diào)制和整形的偽噪聲信號(hào)納入考慮。以此方式，能夠確保在水印解碼方恢復(fù)的偽噪聲信號(hào)與嵌入方相匹配，從而進(jìn)一步降低水印解碼的誤碼率。
[0015]下面將參考附圖中示出的若干示例性實(shí)施方式來(lái)描述本發(fā)明的原理和精神。應(yīng)當(dāng)理解，給出這些實(shí)施方式僅僅是為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠更好地理解進(jìn)而實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，而并非以任何方式限制本發(fā)明的范圍。
[0016]請(qǐng)注意，在下文描述中使用的術(shù)語(yǔ)“耦合”用于限定兩個(gè)部件之間的連接關(guān)系。例如，“部件A耦合至部件B”是指部件A通過任何適當(dāng)?shù)姆绞脚c部件B連接或者通信。經(jīng)耦合的部件A和B可以在彼此之間單向或者雙向傳遞信號(hào)或數(shù)據(jù)?！榜詈稀奔劝ㄖ苯玉詈?即，部件A與部件B之間不存在另一部件C)，也包括間接耦合(即，部件A耦合至另一部件C，部件C轉(zhuǎn)而耦合至部件B)。
[0017]另外，在附圖中，部件之間的帶有指向的連線意在表示信息或者信號(hào)在所耦合的部件之間的流動(dòng)方向，并非以任何方式限制部件之間的耦合方式。而且，在下文描述中，信號(hào)可以表示為向量的形式，這是本領(lǐng)域中常用的。
[0018]首先參考圖1，其示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例的用于數(shù)字水印的系統(tǒng)100的示意性結(jié)構(gòu)框圖。
[0019]如圖所示，數(shù)字水印系統(tǒng)100包括頻譜調(diào)制器102。頻譜調(diào)制器102配置用于對(duì)偽噪聲(pseudo noise,PN)信號(hào)(記為u)和將要嵌入音頻信號(hào)(記為x)的水印比特(記為b)進(jìn)行頻譜調(diào)制，以生成經(jīng)調(diào)制信號(hào)(記為bu)。
[0020]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，音頻信號(hào)X可以由任何適當(dāng)?shù)囊粋€(gè)或多個(gè)信號(hào)源(在圖1中未被示出)產(chǎn)生。信號(hào)源可以是系統(tǒng)100的一個(gè)組成部分，也可以是獨(dú)立于系統(tǒng)100的獨(dú)立部件，本發(fā)明的范圍在此方面不受限制。
[0021]PN信號(hào)u例如可以是具有特定數(shù)目的比特序列，該序列中的比特的平均值為零，并且每個(gè)比特的值是+ σ u或者-σ u。PN信號(hào)可以由專門的PN生成器在密鑰的控制下生成。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，PN生成器可以是頻譜調(diào)制器102的一部分，也可以是與之分離的獨(dú)立部件，本發(fā)明的范圍在此方面不受限制。在此方面，下文將參考圖2描述一個(gè)示例性實(shí)施例。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，頻譜調(diào)制器102利用水印比特b對(duì)PN信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。水印比特b是要嵌入音頻信號(hào)X的雙極比特，即，其值等于+1或者-1。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，水印比特b可以由系統(tǒng)100中的部件生成，或者由獨(dú)立于系統(tǒng)100的其他部件生成，本發(fā)明的范圍在此方面不受限制。
[0023]根據(jù)本發(fā)明的某些實(shí)施例，頻譜調(diào)制器102可以通過將水印比特b與PN信號(hào)u相乘來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻調(diào)制，以生成經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu。其他實(shí)施例也是本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的，本發(fā)明的范圍在此方面不受限制。
[0024]頻譜調(diào)制器102生成的經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu被輸出到系統(tǒng)100中的失真控制器104以進(jìn)行失真控制。如圖1所示，失真控制器104耦合至產(chǎn)生音頻信號(hào)X的信號(hào)源(未被示出)和頻譜調(diào)制器102。在操作中，失真控制器104可以接收來(lái)自信號(hào)源的音頻信號(hào)X以及來(lái)自頻譜調(diào)制器102的經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu。失真控制器104配置用于根據(jù)音頻信號(hào)X對(duì)所述經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu進(jìn)行整形，以生成滿足預(yù)定失真約束的經(jīng)整形信號(hào)(記為bup)。
[0025]可以理解，在向原始音頻信號(hào)X添加水印之后，將會(huì)導(dǎo)致該音頻在聽覺上發(fā)生一定程度的失真。失真控制器104可以通過對(duì)經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu進(jìn)行整形而將這種失真控制在可接受的范圍之內(nèi)。具體而言，失真控制器104可以基于音頻信號(hào)X的特性修改和調(diào)整經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu的頻譜特征，使得整形后的信號(hào)bup在頻譜和其他聲學(xué)特性上滿足預(yù)定的約束。以此方式，可以將由添加水印而引起的原始音頻信號(hào)的失真被控制在用戶不易察覺或者可接受的限度內(nèi)。
[0026]本領(lǐng)域中已知各種用于在約束控制下在音頻信號(hào)中遮蔽失真的方法。例如，失真約束例如可以是一組遮蔽閾值。遮蔽閾值可以通過適當(dāng)?shù)姆绞缴?，例如基于統(tǒng)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)值、人工設(shè)定或者通過各種聲學(xué)模型生成。作為示例，下文將在結(jié)合圖2描述的實(shí)施例中詳述例如基于聲學(xué)心理模型的掩碼。備選地或附加地，用于對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行編碼的音頻編碼器的量化噪聲也可以作為失真約束。相應(yīng)地，失真控制器104可以對(duì)經(jīng)調(diào)制信號(hào)bu進(jìn)行整形，使得所生成的經(jīng)整形信號(hào)bup的功率譜與音頻編碼器的量化噪聲保持一致。由此，可以保證嵌入的水印比特的功率低于音頻信號(hào)本身。請(qǐng)