音频信号的水印信息加载装置及方法

摘要

一种音频信号的水印信息加载装置，用于音频设备中，包括加密单元、查询单元、解码单元、加载单元、以及写入单元。加密单元用于将音频设备的硬件地址通过哈希计算生成数字签名，查询单元用于根据数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得到正交码，解码单元用于根据正交码解码音频信号以获得回读数据，加载单元用于将正交码加载至音频设备的身份识别信息中以形成水印信息，写入单元用于将水印信息加载至回读数据中后重新写入音频信号中以形成新的音频信号。本发明还提供一种音频信号的水印信息加载方法。本发明的水印信息加载装置及方法在音频信号被非法复制时，可反向提取加载的水印信息，获得音频设备的身份信息以追查泄漏源头。

说明书

技术领域

本发明涉及音频设备，特别涉及一种音频信号的水印信息加载装置及方法。

背景技术

随着多媒体技术和数字通信的发展与广泛应用，多媒体作品如图像、音频、 视频作品的认证保护与信息安全成为人们日益关注的问题。通常，在制作音频 作品，例如制作唱片时，原始的音频信号经数字/模拟转换器后直接输出，若发 生泄密等问题，无法追查泄漏源头，带来商业上的严重损失。

发明内容

有鉴于此，需提供一种音频信号的水印信息加载装置，在原始音频上加载 水印信息。

此外，还需提供一种音频信号的水印信息加载方法。

本实施方式提供的一种音频信号的水印信息加载装置，用于音频设备中， 包括包括加密单元、查询单元、解码单元、加载单元、以及写入单元。加密单 元用于将音频设备的硬件地址通过哈希计算生成数字签名，查询单元用于根据 数字签名在walsh（沃尔什）码序列的对应编号中查询得到正交码，解码单元 用于根据正交码解码音频信号以获得回读数据，加载单元用于将正交码加载至 音频设备的身份识别信息中以形成水印信息，写入单元用于将水印信息加载至 回读数据中后重新写入音频信号中以形成新的音频信号。

优选的，所述数字签名为固定长度的十六进制数据，所述walsh码序列是 N*N正交矩阵，所述查询单元还用于将所述数字签名转换成二进制数据，并将 所述二进制数据分成若干组，然后将所述每组二进制数据转换成十进制数值以 及根据所述十进制数值获得所述N*N正交矩阵对应行的正交码，其中，所述十 进制数值对应为所述N*N正交矩阵对应的行编号。

优选的，所述身份识别信息包括所述硬件地址和系统时间，所述加载单元 还用于将所述正交码分别正交至对应的所述硬件地址和系统时间中以形成第一 数据和第二数据，并叠加所述第一数据和第二数据以得到所述水印信息。以下 对应修改

优选的，所述写入模块还用于将所述水印信息累加至所述回读数据中后写 入所述音频信号原始波形的隐藏区间中以及重新写入所述音频信号原始波形的 起始区间和结尾区间以形成新的音频信号。

本发明一实施方式提供的一种音频信号的水印信息加载方法，用于音频设 备中，包括：将所述音频设备的硬件地址通过哈希计算生成数字签名；根据所 述数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得到正交码；根据所述正交码解 码所述音频信号以获得回读数据；将所述正交码加载至所述音频设备的身份识 别信息中以形成所述水印信息；以及将所述水印信息加载至所述回读数据中后 重新写入所述音频信号中以形成新的音频信号。

优选的，所述数字签名为固定长度的十六进制数据，所述walsh码序列是 N*N正交矩阵，所述根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得到 正交码包括：将所述数字签名转换成二进制数据；将所述二进制数据分成若干 组；将所述每组二进制数据转换成十进制数值；以及根据所述十进制数值获得 所述N*N正交矩阵对应行的正交码，其中，所述十进制数值对应为所述N*N 正交矩阵对应的行编号。

优选的，所述身份识别信息包括所述硬件地址和系统时间，所述将所述正 交码加载至所述音频设备的身份识别信息中以形成所述水印信息包括：将所述 正交码分别正交至对应的所述硬件地址和系统时间中以形成第一数据和第二数 据；以及叠加所述第一数据和第二数据以得到所述水印信息。

优选的，所述将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写入所述音频 信号中以形成新的音频信号包括：将所述水印信息累加至所述回读数据中后写 入所述音频信号原始波形的隐藏区间中；以及重新写入所述音频信号原始波形 的起始区间和结尾区间以形成新的音频信号。

本发明实施方式的音频信号的水印信息加载装置及方法，通过音频设备的 硬件地址获得正交码，然后将正交码加载至音频设备的身份识别信息中形成水 印信息，最后写入音频信息的原始数据中，以在音频信号被非法复制时，可经 由反向提取加载的水印信息，获得音频设备的身份信息以追查泄漏源头，确保 音频信号的安全，并更好的保护音频信号。

附图说明

图1为本发明一实施方式中水印信息加载装置的应用环境图；

图2为本发明一实施方式中水印信息加载装置的功能模块图；

图3为本发明一实施方式中将正交码加载至音频设备的身份识别信息中以 形成水印信息的信号示意图；

图4为图3中通过正交码解码水印信息的信号示意图；

图5为本发明一实施方式中音频信号的水印信息加载方法的流程图；

图6为图5中根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得到正 交码的方法流程图；

图7为图5中将所述正交码加载至所述音频设备的身份识别信息中以形成 所述水印信息的方法流程图；

图8为图5中将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写入所述音频 信号中以形成新的音频信号的方法流程图。

主要元件符号说明

音频设备          100

水印信息加载装置  110

加密单元          111

查询单元          112

解码单元          113

加载单元          114

写入单元          115

服务器            200

具体实施方式

图1为本发明一实施方式中音频设备100的示意图。在本实施方式中，音 频设备100，例如机顶盒，连接在网络中，可通过服务器200接收音频信号， 并在所述音频信号上加载音频设备100身份识别信息的水印信息。当该音频信 号在音频设备100中被复制时，副本音频信号中包含所述水印信息，当该副本 被非法传播时，可经由反向解码所述水印信息以获得音频设备100的身份信息， 从而追查到泄漏源头。

请参考图2，本发明实施例的一种音频信号的水印信息加载装置110，用于 音频设备100中，包括包括加密单元111、查询单元112、解码单元113、加载 单元114、以及写入单元115。

加密单元111用于将所述音频设备100的硬件地址MAC通过哈希计算生成 数字签名。其中，通过MD5单项哈希加密算法（Message-digest Algorithm5， 信息摘要算法5）可以将音频设备100的硬件地址转换成固定长度的输出值， 输出值即数字签名。

查询单元112用于根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得 到正交码，其中，根据所述输出值可以得到在walsh码序列的正交码编号。

解码单元113用于根据所述正交码解码所述音频信号以获得回读数据。根 据查询单元112获得的一段正交码，解码单元113将音频信号与其进行运算可 获得对应的回读数据。

其中，若解码后的回读数据有效则说明所述编号的正交码已经被使用过， 此时则根据所述十进制数值的大小顺序获得所述N*N正交矩阵下一个编号位置 对应的正交码重新解码，若解码后的回读数据无效则说明所述正交码没有使用 过，所述正交码可以用于生成水印信息。

加载单元114用于将所述正交码加载至所述音频设备100的身份识别信息 中以形成所述水印信息。每个硬件设备都有唯一的设备识别信息，例如设备的 硬件序列号，出场日期以及网络中的唯一位置等，所述身份识别信息只对应一 个硬件设备，通过将正交码加载在音频设备110的身份识别信息中形成水印信 息，然后再解读这些水印信息以重新获得身份识别信息，便可以获得音频设备 110的信息。

写入单元115用于将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写入所述 音频信号中以形成新的音频信号。通过将水印信息与回读数据做累加，再写回 原始音频波形的信息隐藏区域从而形成新的音频信号。为了防止累计误差，将 原始音频波形的起始波形和结尾播出重新写入。

在本实施例中，所述数字签名为固定长度的128bit（位元，Binary digit） 十六进制数据，所述walsh码序列是4095*4095正交矩阵，所述查询单元112 还用于将所述数字签名转换成二进制数据，并将所述二进制数据分成若干组， 然后将所述每组二进制数据转换成十进制数值以及根据所述十进制数值获得所 述N*N正交矩阵对应行的正交码，其中，所述十进制数值对应为所述N*N正交 矩阵对应的行编号。

例如：

音频设备100的MAC（Media Access Control，硬件地址）为： 00-1F-E2-4D-C9-2

经过计算得到结果为：0C49B7DFDA05C0E8D835A8CAFA725D72

转换成二进制后以12bit为一组：

0000_1100

0100_1001_1011

0111_1101_1111

1101_1010_0000

0101_1100_0000

1110_1000_1101

1000_0011_0101

1010_1000_1100

1010_1111_1010

0111_0010_0101

1101_0111_0010

其中，第一组0000_1100不足12bit，在本实施例中不使用。

以上除了第一组其他组对应的十进制数值为：

1179

2015

3488

1472

3725

2101

2700

2810

1829

3442

本实施例采用4095阶Walsh序列码，即共有2¹²-1=4095组正交码可用，正 交矩阵为4095*4095。

按照所述十进制数值的大小顺序，首先使用4095阶Walsh序列码中第3488 组正交码，若发现该正交码已经使用过，则尝试使用第3442组正交码，依次类 推。

在其他实施例中，也可以按照分组顺序首先使用第3442组正交码，然后使 用第1829组正交码。

编号顺序

1179  10

2015  9

3488  8

1472  7

3725  6

2101  5

2700  4

2810  3

1829  2

3442  1

以此类推。

所述身份识别信息包括所述硬件地址和系统时间，其中系统时间包括系统 日期，所述加载单元114还用于将所述正交码分别正交至对应的所述硬件地址 和系统时间中以形成第一数据和第二数据以及叠加所述第一数据和第二数据以 得到所述水印信息。

在本实施例中，身份识别信息为：日期+时间+MAC值，对应为数据A、 数据B以及数据C，得到的计算值即水印信息。请参考图3，为本实施方式中 将正交码加载至音频设备110的身份识别信息中以形成水印信息的信号示意 图。其中，数据A为：-1 1 -1，数据B为：-1 -1 1以及数据C为1 -1 -1，分别 获得三组正交码与数据A、数据B以及数据C进行正交运算，得到三组结果， 数据A*正交码A，数据B*正交码B以及数据C*正交码C，然后求和数据A* 正交码A，数据B*正交码B以及数据C*正交码C以得到计算值：1 -1 -1 1 3 -3  1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -3 3 1 -1 3 -3 -1 1 1 -1。

请参考图4，在解码水印信息时，将正交码A、正交码B和正交码C分别 与计算值进行正交运算，得到三组结果，计算值*正交码A，计算值*正交码B 以及计算值*正交码C，然后将结果以8bit一组进行求和得：

Sum（计算值[n]*正交码A[n]）:-88-8

Sum（计算值[n]*正交码B[n]）:-8-88

Sum（计算值[n]*正交码C[n]）:8-8-8

从而转换得到对应的数据A：-1 1 -1，数据B：-1 -1 1以及数据C：1 -1 -1。

在本实施例中，所述写入单元115还用于将所述水印信息累加至所述回读 数据中后写入所述音频信号原始波形的隐藏区间中以及重新写入所述音频信号 原始波形的起始区间和结尾区间以形成新的音频信号，以防止累积误差，其中， 将要隐藏的讯息振幅过大的部份予以限幅，以减少被察觉的机会。

请参考图5，所示为本发明一实施例的一种音频信号的水印信息加载方法， 用于音频设备100中，音频设备110包括加密单元111、查询单元112、解码单 元113、加载单元114、以及写入单元115。音频信号的水印信息加载方法包括：

步骤S100：加密单元111将所述音频设备100的硬件地址通过哈希计算生 成数字签名。

其中，通过MD5单项哈希加密算法可以将音频设备100的硬件地址转换成 固定长度的输出值，输出值即数字签名。

步骤S200：查询单元112根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中 查询得到正交码，其中，根据所述输出值可以得到在walsh码序列的正交码编 号。

步骤S300：解码单元113根据所述正交码解码所述音频信号以获得回读数 据。根据查询单元112获得的一段正交码，解码单元113将音频信号与其进行 运算可获得对应的回读数据。

其中，若解码后的回读数据有效则说明所述编号的正交码已经被使用过， 此时则根据所述十进制数值的大小顺序获得所述N*N正交矩阵下一个编号位置 对应的正交码重新解码，若解码后的回读数据无效则说明所述正交码没有使用 过，所述正交码可以用于生成水印信息。

步骤S400：加载单元114将所述正交码加载至所述音频设备100的身份识 别信息中以形成所述水印信息。

每个硬件设备都有唯一的设备识别信息，例如设备的硬件序列号，出场日 期以及网络中的唯一位置等，所述身份识别信息只对应一个硬件设备，通过将 正交码加载在音频设备110的身份识别信息中形成水印信息，然后再解读这些 水印信息以重新获得身份识别信息，变可以获得音频设备110的基本信息，从 而找音频设备110。以及

步骤S500：写入单元115将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写 入所述音频信号中以形成新的音频信号。

通过将水印信息与回读数据做累加，再写回原始音频波形的信息隐藏区域 从而形成新的音频信号。为了防止累计误差，将原始音频波形的起始波形和结 尾播出重新写入。

请参考图6，为图5中根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中查 询得到正交码的方法流程图。在本实施例中，所述数字签名为固定长度的十六 进制数据，所述walsh码序列是N*N正交矩阵，其中步骤S200：查询单元112 根据所述数字签名在walsh码序列的对应编号中查询得到正交码包括：

步骤S201：将所述数字签名转换成二进制数据。

例如：

音频设备100的MAC为：00-1F-E2-4D-C9-2

经过计算得到十六进制结果为：0C49B7DFDA05C0E8D835A8CAFA725D72

步骤S202：将所述二进制数据分成若干组。

其中，转换成二进制后以12bit为一组得：

0000_1100

0100_1001_1011

0111_1101_1111

1101_1010_0000

0101_1100_0000

1110_1000_1101

1000_0011_0101

1010_1000_1100

1010_1111_1010

0111_0010_0101

1101_0111_0010

其中第一组0000_1100不足12bit，在本实施例中不使用。

步骤S203：将所述每组二进制数据转换成十进制数值。

以上除了第一组其他组对应的十进制数值为：

1179

2015

3488

1472

3725

2101

2700

2810

1829

3442

步骤S204：根据所述十进制数值获得所述N*N正交矩阵对应行的正交码， 其中，所述十进制数值对应为所述N*N正交矩阵对应的行编号。

本实施例采用4095阶Walsh序列码，即共有2¹²-1=4095组正交组可用，正 交矩阵为4095*4095。

按照十进制数值的大小顺序，首先使用4095阶Walsh序列码中第3488组 正交码，若发现该正交码已经使用过，则尝试使用第3442组正交码，依次类推。

在其他实施例中，也可以按照分组顺序首先使用第3442组正交码，然后使 用第1829组正交码，依次类推。

编号顺序

1179  10

2015  9

3488  8

1472  7

3725  6

2101  5

2700  4

2810  3

1829  2

3442  1

请参考图7，为图5中将所述正交码加载至所述音频设备的身份识别信息 中以形成所述水印信息的方法流程图，所述身份识别信息包括所述硬件地址和 系统时间，其中，步骤S400：加载单元114将所述正交码加载至所述音频设备 100的身份识别信息中以形成所述水印信息包括：

步骤S401：将所述正交码分别正交至对应的所述硬件地址和系统时间中以 形成第一数据和第二数据；以及

步骤S402：叠加所述第一数据和第二数据以得到所述水印信息。

在本实施例中，身份识别信息为：日期+时间+MAC值，对应为数据A、 数据B以及数据C，得到的计算值即水印信息。请参考图3，为本实施方式中 将正交码加载至音频设备110的身份识别信息中以形成水印信息的信号示意 图。其中，数据A为：-1 1 -1，数据B为：-1 -1 1以及数据C为1 -1 -1，分别 获得三组正交码与数据A、数据B以及数据C进行正交运算，得到三组结果， 数据A*正交码A，数据B*正交码B以及数据C*正交码C，然后求和数据A* 正交码A，数据B*正交码B以及数据C*正交码C以得到计算值：1-1-113-3 1 -1 1 -1 -1 1 -1 1 -3 3 1 -1 3 -3 -1 1 1 -1。

请参考图4，在解码水印信息时，将正交码A、正交码B和正交码C分别 与计算值进行正交运算，得到三组结果，计算值*正交码A，计算值*正交码B 以及计算值*正交码C，然后将结果以8位一组进行求和得：

Sum（计算值[n]*正交码A[n]）:-88-8

Sum（计算值[n]*正交码B[n]）:-8-88

Sum（计算值[n]*正交码C[n]）:8-8-8

从而解码的得到对应的数据A：-1 1 -1，数据B：-1 -1 1以及数据C：1 -1 -1。

请参考图8，为图5中将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写入 所述音频信号中以形成新的音频信号的方法流程图，其中，步骤S500：写入单 元115将所述水印信息加载至所述回读数据中后重新写入所述音频信号中以形 成新的音频信号包括：

步骤S501：将所述水印信息累加至所述回读数据中后写入所述音频信号原 始波形的隐藏区间中；以及

步骤S502：重新写入所述音频信号原始波形的起始区间和结尾区间以形成 新的音频信号，以防止累积误差，其中，将要隐藏的讯息振幅过大的部份予以 限幅，以减少被察觉的机会。

本发明实施方式的音频信号的水印信息加载方法及装置，通过音频设备 100的硬件地址获得正交码，然后将正交码加载至音频设备100的身份识别信 息中形成水印信息，最后写入音频信息的原始数据中，以在音频信号被非法复 制时，可经由反向提取加载的水印信息，获得音频设备100的身份信息以追查 泄漏源头，确保音频信号的安全，并更好的保护音频信号。