数字音乐作品认证信息的嵌入方法及该作品的认证方法技术

本发明专利技术公开了一种数字音乐作品认证信息的嵌入方法及该作品的认证方法，由于在水印认证信息嵌入的过程中是根据压缩的音频信号流的音频帧的唯一安全标识符生成的水印认证信息，再根据水印认证信息对主数据进行修改实现水印认证信息的嵌入，可以确保合法的作品可以通过后续的认证解码，而经过篡改的作品则不能通过认证解码，有效地保护了数字作品的完整性；由于水印认证信息是直接嵌入在压缩的音频信号流中，无需解码再编码，实时性强；由于水印嵌入的对象是可变长码字，而音频帧的主数据的表现形式是可变长码字，提高了水印认证信息的嵌入速率；认证信息的提取与解码过程相融合，即边水印认证边解码，因此数字音乐作品能够实施有效的播放控制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种数字音乐作品的数字水印技术，尤其是涉及一种数字音乐作品认证 信息的嵌入方法及该作品的认证方法。
技术介绍
近年来，随着数字多媒体及互联网技术的快速发展，信息安全问题显得非常突出。 数字水印技术是目前信息安全领域的一个新方向，是一种可在开放网络环境下保护数字 音乐作品版权和认证来源及数字音乐作品完整性的新型技术，已成为多媒体信号处理领 域的一个研究热点。目前，关于数字音乐作品的数字水印技术层出不穷，其主要利用数字音乐作品的冗 余空间来实现水印的嵌入。由于未压缩的音频格式的作品具有较大的冗余空间，因此大 多数的数字水印技术都是针对未压縮的音频格式的作品。而在实际应用中数字音乐作品 绝大多数是以压縮格式进行存储和传输的，特别是在互联网上的数字音乐作品普遍以 MPEG (Moving Picture Experts Group,运动图像专家组)压縮形式传播。由于压縮格式 的数字音乐作品冗余空间极少，所以针对压縮的数字音乐作品的数字水印技术相对较 少。英国剑桥大学F.Petitcolas等人开发了一款针对MP3的数字水印软件MP3Stego，该 软件根据量化和编码后误差长度的奇偶性作为水印嵌入的依据，嵌入的速率较低；由于 被处理的对象是PCM (Pulse Code Modulation,脉冲编码调制)数据，水印是在压縮过 程中嵌入的，其实时性较差。《基于MPEG编码音频的不可逆水印方法》作者L.Qiao、 K.Nahrstedt，该文中提出了两种将水印直接嵌入到MPEG音频码流中的方法。第一种是 将水印嵌入到比例因子中，该方法首次提出在比例因子中嵌入水印，但没有给出顽健性 测试结果；第二种是将水印嵌入到MPEG编码的样本数据中。《基于MPEG-2AAC音频 比特流的水印算法》作者C.Neubauer、 J.Herre，该方法中提出了将数字水印信息嵌入 至IJAAC (Advanced Audio Coding,高级音频编码)压縮域音频中，但由于该方法需要 将心理声学模型分析出来的辅助信息随着压缩数据一起传输才能进行数字水印信息的 正确提取，因此会极大增加算法复杂度，并影响感知模型的不准确性，而且传输大量的 附加信息也是不现实的。《基于MDCT变换的MPEG音频水印方法》作者C.T.Wang、 T.S.Chen、 W.H.Chao Wang,该方法通过分析MDCT (Modified Discrete Cosine Transform,修正的离散余弦变换)系数，对MDCT系数进行修改，从而实现水印嵌入和提取操作， 但该方法不能完全有效地检测嵌入的水印信息，水印嵌入的比例较小。《基于湿纸编码 的MPEG压缩音频信息隐藏算法》作者X.M.Quan、 H.B.Zhang，该方法主要利用湿纸 编码(Wet Paper Code)策略，通过调整MPEG量化过程，将隐秘信息嵌入到MPEG音 频码流中，实验结果表明，该方法能抵抗变换编码和重编码攻击，但对于不同类型的载体，隐秘信息的嵌入可能会引起音频文件长度的改变。综合现有的各种针对压缩数字音乐作品的数字水印技术，他们基本相似，只不过是 选择的参数与修改的方法不同。这些数字水印方法具有一些共同的缺点，即水印嵌入强 度很小，且认证与作品解码分离， 一旦认证，解密作品就失去保护，不能有效地保护数 字音乐作品的完整性，且不能对篡改位置进行准确定位。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种水印嵌入强度大，能够有效阻止篡改的数字 音乐作品通过认证，实现对篡改位置的准确定位，有效地保护数字音乐作品完整性的数 字音乐作品认证信息的嵌入方法及该作品的认证方法。本专利技术解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种数字音乐作品认证信息的嵌入 方法，它包括以下步骤al.对于需要嵌入认证信息的数字音乐作品，根据基础音频信号流的安全标识符， 并以音频帧为单位通过水印生成器对基础音频信号流进行处理，生成一串二进制水印认 证信息；a2.读取一音频帧同步数据，确定音频帧同步数据的开始位置，并对音频帧同步数 据的帧头数据和边信息进行解析，得到主数据进行可变长编码所使用的码表，并确定主 数据所使用的所有码字；a3.根据码长相等且相互对应的原则，将码表中的所有相互对应的码字分成相互对 应的两个码字集合，表示为^)二(VbV2，……， }和J^-(v、，v'2，……,v' }，其中v,、 v U=l, 2，......，)分别为码字集合Fo和K的码字，为码字个数，码字集合Fo和F;中的码字是一一对应的，码字集合Fo的码字的属性为0，码字集合^的码字的属性为1;a4.判断主数据的码字属于码字集合Fo还是属于码字集合F/，当该码字属于码字 集合Fo时，确定该码字的属性为0，当该码字属于码字集合F/时，确定该码字的属 性为1;将主数据所使用的所有码字按其对应的属性顺序组成的二进制码字属性信息 与水印认证信息进行比较，如果不相同，则修改主数据的码字，从而将水印认证信息嵌 入主数据中，得到含水印认证信息的主数据，否则，不修改主数据的码字，直接将水印 认证信息嵌入主数据中，得到含水印认证信息的主数据； a5.将含水印认证信息的主数据与该音频帧同步数据的帧头数据和边信息重新组 合形成一个含水印认证信息的音频帧同步数据并写入文件；所述的基础音频信号流是MPEG音频码流，进行可变长编码所使用的码表是哈夫曼 码表，所述的主数据是码字比特流，所述的水印认证信息是由数字0和1组成的 比特序列。所述的主数据的码字的修改的具体过程为若码字属性信息的属性位与水印认证信 息的水印位不相同时，则当水印位为0时，将该属性位对应的码字v',修改为v,，当 水印位为1时，将该属性位对应的码字v,修改为否则，该属性位对应的码字不 作修改。上述数字音乐作品的认证方法，它将全部处理过程划分为水印提取模块和认证解码 模块两个功能模块，水印提取模块的功能是接收含水印认证信息的音频信号流，根据水 印认证信息嵌入的逆过程提取出水印认证信息；认证解码模块的功能是根据基础音频信 号流的安全标识符生成一串二进制水印认证信息，并将生成的水印认证信息与提取的水 印认证信息进行比较，若两者相同，则进行解码，否则，终止解码；其具体处理步骤包 括bl.水印提取模块接收含水印认证信息的音频信号流，读取一含水印认证信息的音 频帧同步数据，确定音频帧同步数据的开始位置，并对音频帧同步数据的帧头数据和边 信息进行解析，得到含水印认证信息的主数据进行可变长编码所使用的码表，并确定主 数据所使用的所有码字；b2.根据码长相等且相互对应的原则，将码表中的所有相互对应的码字分成相互对 应的两个码字集合，表示为Fo二(V,，V2，……，^}和^ = {^，'2,……y }，其中v,、 v',(/=l, 2,......,)分别为码字集合&和的码字，为码字个数，码字集合Fo和K中的码字是一一对应的，码字集合Fo的码字的属性为0，码字集合F;的码字的属性为1;b3.判断含水印认证信息的主数据的码字属于码字集合Fo还是属于码字集合K， 当该码字属于码字集合&时，提取二进制信息O，当该码字属于码字集合K/时，提 取二进制信息1，提取出所有码字的二进制信息完成水印认本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数字音乐作品认证信息的嵌入方法，其特征在于它包括以下步骤：　　　　ａ１．对于需要嵌入认证信息的数字音乐作品，根据基础音频信号流的安全标识符，并以音频帧为单位通过水印生成器对基础音频信号流进行处理，生成一串二进制水印认证信息；　　　　ａ２．读取一音频帧同步数据，确定音频帧同步数据的开始位置，并对音频帧同步数据的帧头数据和边信息进行解析，得到主数据进行可变长编码所使用的码表，并确定主数据所使用的所有码字；　　　　ａ３．根据码长相等且相互对应的原则，将码表中的所有相互对应的码字分成相互对应的两个码字集合，表示为Ｖ↓［０］＝｛ｖ↓［１］，ｖ↓［２］，……，ｖ↓［ｎ］｝和Ｖ↓［１］＝｛ｖ′↓［１］，ｖ′↓［２］，……，ｖ′↓［ｎ］｝，其中ｖ↓［ｉ］、ｖ′↓［ｉ］（ｉ＝１，２，……，ｎ）分别为码字集合Ｖ↓［０］和Ｖ↓［１］的码字，ｎ为码字个数，码字集合Ｖ０和Ｖ１中的码字是一一对应的，码字集合Ｖ↓［０］的码字的属性为“０”，码字集合Ｖ↓［１］的码字的属性为“１”；　　　　ａ４．判断主数据的码字属于码字集合Ｖ↓［０］还是属于码字集合Ｖ↓［１］，当该码字属于码字集合Ｖ↓［０］时，确定该码字的属性为“０”，当该码字属于码字集合Ｖ↓［１］时，确定该码字的属性为“１”；将主数据所使用的所有码字按其对应的属性顺序组成的二进制码字属性信息与水印认证信息进行比较，如果不相同，则修改主数据的码字，从而将水印认证信息嵌入主数据中，得到含水印认证信息的主数据，否则，不修改主数据的码字，直接将水印认证信息嵌入主数据中，得到含水印认证信息的主数据；　　　　ａ５．将含水印认证信息的主数据与该音频帧同步数据的帧头数据和边信息重新组合形成一个含水印认证信息的音频帧同步数据并写入文件。...

【技术特征摘要】
1、一种数字音乐作品认证信息的嵌入方法，其特征在于它包括以下步骤a1.对于需要嵌入认证信息的数字音乐作品，根据基础音频信号流的安全标识符，并以音频帧为单位通过水印生成器对基础音频信号流进行处理，生成一串二进制水印认证信息；a2.读取一音频帧同步数据，确定音频帧同步数据的开始位置，并对音频帧同步数据的帧头数据和边信息进行解析，得到主数据进行可变长编码所使用的码表，并确定主数据所使用的所有码字；a3.根据码长相等且相互对应的原则，将码表中的所有相互对应的码字分成相互对应的两个码字集合，表示为V0＝{v1，v2，……，vn}和V1＝{v′1，v′2，……，v′n}，其中vi、v′i(i＝1，2，......，n)分别为码字集合V0和V1的码字，n为码字个数，码字集合V0和V1中的码字是一一对应的，码字集合V0的码字的属性为“0”，码字集合V1的码字的属性为“1”；a4.判断主数据的码字属于码字集合V0还是属于码字集合V1，当该码字属于码字集合V0时，确定该码字的属性为“0”，当该码字属于码字集合V1时，确定该码字的属性为“1”；将主数据所使用的所有码字按其对应的属性顺序组成的二进制码字属性信息与水印认证信息进行比较，如果不相同，则修改主数据的码字，从而将水印认证信息嵌入主数据中，得到含水印认证信息的主数据，否则，不修改主数据的码字，直接将水印认证信息嵌入主数据中，得到含水印认证信息的主数据；a5.将含水印认证信息的主数据与该音频帧同步数据的帧头数据和边信息重新组合形成一个含水印认证信息的音频帧同步数据并写入文件。2、 如权利要求1所述的数字音乐作品认证信息的嵌入方法，其特征在于所述的基 础音频信号流是MPEG音频码流，进行可变长编码所使用的码表是哈夫曼码表，所述的 主数据是码字比特流，所述的水印认证信息是由数字0和1组成的比特序列。3、 如权利要求1所述的数字音乐作品认证信息的嵌入方法，其特征在于所述的主 数据的码字的修改的具体过程为若码字属性信息的属性位与水印认证信息的水印位不 相同时，则当水印位为0时，将该属性位对应的码字v',修改为v,，当水印位为1 时，将该属性位对应的码字v,修改为v',;否则，该属性位对应的码字不作修改。4、 权利要求1所述的数字音乐作品的认证方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：王让定，严迪群，谭家强，孙广清，程劼，杜呈透，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：97[中国|宁波]