专利示意图

一、技术领域

信息隐藏技术领域

二、专利介绍

1.专利信息

专利类型：发明

专利权人：清华大学深圳国际研究生院

申请号：202410086422.9

发明人：王兴军、臧家振、胡坤

2.专利说明书摘要

一种将信息隐藏到声音信号中的方法及检测方法，包括如下步骤：S1、使用基频追踪算法对音频信号的基频进行追踪，得到基频随时间变化的信息；S2、根据基频追踪结果，选取预定长度的时域信号，进行短时频域变换，在频域中提取泛音列能量，并基于基频追踪的结果计算每级泛音的能量在该时域信号的所有泛音能量中所占的比例，作为泛音特征；S3、选取泛音列组合作为信息嵌入的位点，通过频域调制对频域信号进行修改以实现信息嵌入。本发明通过修饰泛音特征将信息隐藏到声音信号的方法具有良好的鲁棒性和不可感知性，可以抵御恶劣的录制环境下的翻录攻击，且在同信噪比下不可感知性显著强于传统方法。

3.创新点

（1）本发明属于数字水印和信息隐藏安全领域，区别于传统音频信息隐藏算法依赖添加噪音的方式，本发明以改变音色为核心，实现信息隐藏；

（2）为精确改变音色，本发明采用提取声音泛音特征的方法，对泛音特征进行细致调整，从而有效隐藏信息，称之为“泛音修饰法”；

（3）本发明通过基频追踪算法定位一定时间内基频的变化，捕捉各级泛音的位置，这种方法与主流音频信息隐藏算法不同；

（4）根据基频追踪结果，选择特定的时域信号部分，进行离散频域展开，形成结合时域和频域的新型信息隐藏算法，区别于传统方法；

（5） 在鲁棒性方面，本发明的音频信息隐藏算法比大多数主流算法更为全面，能够抵御多种类型的攻击；

（6）通过保存基频追踪数据和泛音特征数据，本发明在应对去同步攻击方面相较于传统音频信息隐藏算法有显著提升；

（7）利用谐波掩蔽效应，在极完全和谐音程位置嵌入信息，本发明提高了信息隐藏的不可感知性。

4.痛点问题

提出了一种新型的、通过修饰泛音特征将信息隐藏到声音信号中的方法。

5.技术优势

（1）传统的声音信息隐藏算法受限于传统信号处理学的局限，很少使用与人类听觉密切相关的泛音特征。相比之下，本发明通过创新性地修改泛音结构，在不添加噪声的同时改变音色，展现了其在鲁棒性和不可感知性方面的巨大潜力，相较于过去的工作具有突破性；

（2）本发明避免了在纯四度和纯五度等区域添加加性噪声，这一点在无和声音频中尤为重要，因为传统方法对音频的不可感知性影响较大；

（3）与现有的泛音原理音频信息隐藏技术相比，本发明首次对各种攻击的鲁棒性进行了详尽的评估；

（4）本发明通过基频追踪克服了过去泛音相关信息隐藏算法的弱点。传统技术由于只在帧内嵌入，故鲁棒性和不可感知性都很差，如果帧过长则无法应对基频变化较快的场景以及浊音边缘的场景，大大破坏不可感知性；如果帧过短则频域分辨率会变差，无法精准定位泛音位置，大大破坏鲁棒性的同时，不可感知性仍不能很好地保证。本发明通过基频追踪克服了这个问题，使得隐藏信息的鲁棒性和不可感知性得到极大提升；

（5）本发明的嵌入方法创新性地结合了时域和离散变换域，这种方法论在领域内具有开创性。

三、产业化信息

1.应用场景

（1）数字内容版权保护：通过嵌入独特的音频水印，可以对数字音乐、广播或其他音频内容进行版权标识。这使得原创内容制作者能够更好地追踪和管理他们的作品，防止未经授权的复制和分发；

（2）秘密通信：在音频信号中隐藏信息，为政府机构、军事通信或私人企业提供了一种隐蔽的数据传输方式。这种方法能够在不引起注意的情况下传递敏感信息；

（3）数字媒体标识：在广播或流媒体服务中使用音频水印技术来标识内容，有助于内容分发者追踪和分析其内容的使用和传播方式；

（4）篡改检测：音频水印的存在可以用来验证音频文件的完整性。如果文件被篡改，嵌入的水印会受到影响，从而揭示出更改或损坏的证据。

2.商业价值

此项技术拥有巨大的商业前景，对于信息安全行业有以下市场价值：

（1）本方案能够解决具有更全面的鲁棒性，可以抵御多种复合攻击，并且能应用在翻录等复杂的攻击场景中；

（2）本方案在保证高安全性的同时有相对更低的不可感知性，能够为音质需求更高的信息隐写提供技术支持；

（3）本方案具有较低的计算复杂度，可以实现商用处理器下的实时计算、实时嵌入，可用在直播流分发等实时场景；

（4）本技术不依赖深度学习模型，因此对存储要求低，可广泛应用于嵌入式系统等环境。

3.合作方式

面议

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