基于相位调制的立体声音频数字水印

　　随着科学技术的发展，数字水印越来越多被应用。数字水印(Digital Watermarking)技术是将一些标识信息(即数字水印)直接嵌入数字载体当中(包括多媒体、文档、软件等)或是间接表示(修改特定区域的结构)，且不影响原载体的使用价值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生产方识别和辨认。通过这些隐藏在载体中的信息，可以达到确认内容创建者、购买者、传送隐秘信息或者判断载体是否被篡改等目的。数字水印是信息隐藏技术的一个重要研究方向。

　　嵌入载体信号的水印必须有较好的鲁棒性和不可感知性。为此，需要利用人类听觉系统(HAS)的一些特性进行水印的嵌入。目前的研究表明，人类听觉系统对音频信号的相位是不敏感的。具体表现为：在高频段，人耳对音频信号的相对相位变化不敏感;在低频段，人耳对声音的绝对相位不敏感。因此，许多研究者针对这些性质提出了一些水印算法。将音频信号通过无限脉冲响应(IIR)的全通滤波器，从而将水印信息嵌入到原始音频信号的相位上，无限脉冲响应的全通滤波器通常具有较复杂的相位特性，所以使用这种方法嵌入的水印一般具有较差的不可感知性。

　　本文通过总结以上方法，提出一种新的水印算法。将原始音频信号通过全通滤波器，循环地改变全通滤波器的群时延，以达到嵌入水印信号的目的。信号通过全通滤波器后，改变的只是它的相频特性，因此，该方法又称为动态相位调制法。

　　1 水印的嵌入与检测

　　1.1 相位调制

　　载波的相位对其参考相位的偏离值随调制信号的瞬时值成比例变化的调制方式，称为相位调制，或称调相。调相和调频有密切的关系。调相时，同时有调频伴随发生;调频时，也同时有调相伴随发生，不过两者的变化规律不同。实际使用时很少采用调相制，它主要是用来作为得到调频的一种方法

　　通过一个时变的全通滤波器对原始音频信号进行相位调制。全通滤波器利用一个IIR滤波器来实现。根据数字信号处理的知识，这个IIR滤波器可以通过一组有限脉冲响应(FIR)的滤波器来近似地实现，这样做的好处是利用这些线性相位滤波器，使时变的全通滤波器的群时延在整个频率范围内变为一致，然后通过一个正弦函数控制群时延，使该滤波器的相位特性循环变化。该全通滤波器的相位特性可以用下式表示：

　　式中，τpm表示最大群时延，ωpm表示调制率(调制角频率)，Φpm表示初相位。τpm和ωpm的取值能影响水印的可见性，因此它们是该相位调制滤波器(PMF)的重要参数。通过对ωpm进行频移键控，可以实现水印的嵌入。