Способ и устройство ввода водяного знака в аудиосигнал
Изобретение относится к электронике и, в частности, к использованию специального аналогового сигнала, водяного знака (ВЗ), для защиты и идентификации авторских прав на подлинный, легальный аудиосигнал. Устройство ввода водяного знака в аудиосигнал, получаемый от источника аудиосигнала, содержащее генератор шума с равномерной спектральной плотностью мощности шумового сигнала, усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, измеритель уровня генерируемого шума, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе генератора шума и включающий частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход, амплитудный детектор для определения уровня генерируемого шума, имеющий аналоговый вход и выход; измеритель уровня источника аудиосигнала, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе источника аудиосигнала и включающий частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход, амплитудный детектор для определения уровня источника аудиосигнала, обнаружитель аудиосигнала на фоне естественного шума, включающий измеритель уровня источника аудиосигнала, пороговое устройство, имеющее аналоговый вход и управляющий выход; устройство сравнения, имеющее первый и второй аналоговые входы и выход; первый управляемый ключ, второй ключ, третий управляемый ключ, сумматор. Техническим результатом для способа является повышение скрытности внедренного ВЗ в аудиосигнале. 2 н.п. ф-лы, 3 табл., 1 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Предлагаемое изобретение относится к электронике и, в частности, к использованию специального аналогового сигнала, водяного знака (ВЗ), для защиты и идентификации авторских прав на подлинный, легальный аудиосигнал.
Уровень техники
Существует ряд способов и устройств ввода аналоговых ВЗ в аудиосигнал.
Так, известен способ и устройство для формирования сигнала ВЗ и встраивание ВЗ в аудиосигнал (патент РФ №2624549, приоритет от 26.02.2010 г.).
Способ предусматривает генерацию ВЗ, представляющего данные ВЗ, скрыто вводимого в аудиосигнал при сведении сигнала ВЗ и аудиосигнала, включающий в себя определение порога маскирования аудиосигнала; и генерирование сигнала ВЗ на основе суперпозиции формирующих отсчет функций, взаимно отстоящих на величину временного отсчета дискретно-временного представления данных ВЗ, каждая из которых имеет амплитуду, взвешенную с помощью соответствующего отсчета дискретно-временного представления, умноженного на соответствующий амплитудный вес в зависимости от порога маскирования, при этом генерация осуществляется таким образом, что величина временного отсчета короче временного интервала, на котором определены функции, формирующие отсчеты; и соответствующий амплитудный вес зависит одновременно от отсчетов дискретно-временного представления, соседних с соответствующим временным отсчетом.
Предложен также способ встраивания водяного знака, включающий формирование сигнала ВЗ, несущего данные ВЗ для скрытого встраивания в аудиосигнал, и сведение сигнала ВЗ и аудиосигнала с образованием аудиосигнала, маркированного ВЗ.
Для реализации способа используется формирователь сигнала ВЗ, вырабатывающий сигнал ВЗ для скрытого введения в аудиосигнал отображаемых им данных ВЗ при сведении сигнала ВЗ с акустическим сигналом, включающий психоакустический процессор, выполняющий расчет порога маскирования аудиосигнала, и модулятор, генерирующий сигнал ВЗ на основе суперпозиции функций, формирующих отсчеты, взаимно отстоящих на величину временного отсчета дискретно-временного представления данных ВЗ, имеющих индивидуальную амплитуду, взвешенную путем умножения соответствующего отсчета дискретно-временного представления на соответствующий амплитудный вес в зависимости от порога маскирования, характеризующийся тем, что величина временного отсчета короче временного интервала, на котором определены функции формирования отсчетов; и тем, что соответствующий амплитудный вес зависит также от отсчетов дискретно-временного представления, соседних с соответствующим временным отсчетом.
Кроме того, используется устройство маркировки ВЗ, включающее в свою конструкцию формирователь сигнала ВЗ, вырабатывающий сигнал ВЗ для скрытого введения в аудиосигнал отображаемых им данных ВЗ при сведении сигнала ВЗ с акустическим сигналом, и сумматор, выполняющий сведение сигнала ВЗ и аудиосигнала с формированием аудиосигнала, маркированного ВЗ.
Однако указанные способ и устройство имеют недостаток, заключающийся в том, что не обеспечивается формирование шумоподобного ВЗ, и поэтому скрытность ВЗ получается невысокой.
Известен также способ создания ВЗ в прокатной фильмокопии кинокартины (патент РФ №2404533, приоритет от 25.01.2005 г.), заключающийся в обеспечении, по меньшей мере, на одной звуковой дорожке, по меньшей мере, одного тона конкретной частоты, по меньшей мере, в одном местоположении, уникальном для этой прокатной фильмокопии. В типичном случае размещение тона конкретной частоты происходит в местоположении(ях), где тон будет иметь минимальное воздействие на существующий звук звуковой дорожки. Запись местоположения(ий), в которых тон определенной частоты встречается в прокатной фильмокопии, сохраняется, чтобы обеспечить возможность сравнения с тонами, обнаруженными в аудиозаписи, чтобы определить, был ли звук нелегального носителя записан с этой прокатной фильмокопии.
Для реализации способа предложено устройство для создания ВЗ в прокатной фильмокопии кинокартины, содержащее средство для обеспечения, по меньшей мере, на одной звуковой дорожке в прокатной фильмокопии, по меньшей мере, одного тона конкретной частоты, по меньшей мере, в одном местоположении на этой звуковой дорожке, так что данное местоположение является уникальным для этой прокатной фильмокопии; средство хранения для сохранения для прокатной фильмокопии уникального идентификатора, ассоциированного с упомянутым, по меньшей мере, одним местоположением упомянутого, по меньшей мере, одного тона конкретной частоты.
Известные способ и устройство выбраны в качестве прототипа.
Однако известный способ имеет недостаток, заключающийся в невысокой скрытности ВЗ из-за возможности относительно легкого обнаружения ВЗ на одной звуковой дорожке в виде одного тона конкретной частоты в одном местоположении.
При этом устройство для реализации способа не может создать более сложный ВЗ, чем сигнал одного тона конкретной частоты, адаптированный к уровню аналогового сигнала и размещаемый по всей длительности аналогового сигнала, что является недостатком известного устройства.
Раскрытие изобретения
Техническим результатом для способа является повышение скрытности внедренного ВЗ в аудиосигнале;
Техническим результатом для устройства является:
1) обеспечение вставки ВЗ в аудиосигнал, адаптированного к уровню аудиосигнала;
2) обеспечение возможности присутствия ВЗ по всей длительности аудиосигнала.
Для этого предлагается устройство ввода ВЗ в аудиосигнал, получаемый от источника аудиосигнала, содержащее
• генератор шума с равномерной спектральной плотностью мощности шумового сигнала и выполненный с возможностью формировать шумовой маркирующий сигнал изменяющегося уровня в зависимости от управляющего сигнала и включающий
генератор, формирующий на выходе шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью мощности,
усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, имеющий управляющий вход, аналоговые сигнальные вход и выход;
• измеритель уровня генерируемого шума, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе генератора шума и включающий
частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход,
амплитудный детектор для определения уровня генерируемого шума, имеющий аналоговый вход и выход;
• измеритель уровня источника аудиосигнала, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе источника аудиосигнала и включающий
частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход,
амплитудный детектор для определения уровня источника аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход;
• обнаружитель аудиосигнала на фоне естественного шума, включающий
измеритель уровня источника аудиосигнала,
пороговое устройство, имеющее аналоговый вход и управляющий выход;
• устройство сравнения, имеющее первый и второй аналоговые входы и выход;
• первый управляемый ключ, имеющий аналоговый вход, управляющий вход и выход;
• второй ключ, имеющий аналоговый вход и выход, выполненный с возможностью установки уровня входа;
• третий управляемый ключ, имеющий аналоговый вход, управляющий вход и выход;
• сумматор, имеющий первый и второй аналоговые входы, управляющий вход и выход и выполненный с возможностью суммировать аналоговые сигналы;
при этом
выход генератора подключен к входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
выход генератора шума подключен к аналоговому входу третьего управляемого ключа,
выход генератора шума подключен к входу частотного фильтра измерителя уровня генерируемого шума,
выход частотного фильтра измерителя уровня генерируемого шума подключен к входу амплитудного детектора измерителя уровня генерируемого шума,
выход амплитудного детектора измерителя уровня генерируемого шума подключен к первому входу устройства сравнения,
выход источника аудиосигнала подключен к первому входу сумматора,
выход источника аудиосигнала подключен к частотному фильтру обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума,
выход частотного фильтра обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума,
выход амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу порогового устройства,
выход амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к второму входу устройства сравнения,
выход порогового устройства обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу второго ключа,
выход порогового устройства обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу первого управляемого ключа,
выход устройства сравнения подключен к управляющему входу первого управляемого ключа,
выход третьего управляемого ключа подключен к второму входу сумматора,
выход первого управляемого ключа подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
выход второго управляемого ключа подключен к управляющему входу сумматора.
Предлагается с использованием устройства и способ ввода ВЗ в аудиосигнал, заключающийся в том, что:
• устанавливают в пороговом устройстве значение порога обнаружения аудиосигнала на фоне естественного шума в источнике сигнала;
• выбирают режим ввода ВЗ в аудиосигнал - непрерывный или при наличии аудиосигнала;
• формируют в генераторе шума ВЗ в виде шумового сигнала с равномерной спектральной плотностью мощности и уровнем в зависимости от уровня аудиосигнала в источнике аудиосигнала, выполняя следующие действия
получают в генераторе шума шумовой сигнал,
получают аудиосигнал от источника аудиосигнала,
измеряют на выходе генератора шума уровень шумового сигнала с помощью измерителя уровня генерируемого шума,
измеряют на выходе источника аудиосигнала уровень сигнала с помощью измерителя уровня источника аудиосигнала,
сравнивают в устройстве сравнения уровни сигнала источника аудиосигнала и генерируемого шума и формируют управляющий сигнал для усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
коммутируют первым управляемым ключом управляющий сигнал для усилителя с регулируемым коэффициентом усиления;
• вводят ВЗ в аудиосигнал, выполняя следующие действия
если выбран режим ввода ВЗ в аудиосигнал при наличии аудиосигнала, то
■ коммутируют вторым ключом управляющий сигнал на третий управляемый ключ,
■ коммутируют третьим управляемым ключом генерируемый шум на сумматор;
суммируют в сумматоре аудиосигнал от источника аудиосигнала с ВЗ;
• передают с выхода сумматора аудиосигнала с ВЗ по назначению.
В качестве ВЗ предлагается использовать шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью мощности в полосе частот аудиосигнала.
Источником аудиосигнала может служить микрофон или медиаустройство воспроизведения аудиоконтента с аналоговым выходом. Получают аудиосигнал и измеряют его уровень на выходе источника с помощью измерителя уровня источника аудиосигнала. Сравнивают на устройстве сравнения уровни сигнала источника и генерируемого шума и формируют управляющей сигнал на усилитель с регулируемым коэффициентом усиления в генераторе шума для увеличения (уменьшению) уровня шума, поддерживая отношение сигнал/шум в пропорции не менее 4/1 (т.е. уровень сигнала не менее чем в четыре раза больше уровня шума), чтобы ВЗ не был заметен потенциальному пирату в суммарном аудиосигнале и не влиял на качество восприятия сигнала потребителем услуги, но был определяем правообладателем аудиосигнала.
В пороговом устройстве обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума устанавливают значение порога обнаружения аудиосигнала на фоне естественного шума в источнике сигнала для обеспечения изменения уровня генерируемого шума только в моменты наличия аудиосигнала. Выбор порога обнаружения определяется на основе заблаговременно измеренных характеристик естественного шума источника сигнала и принятой в большинстве случаев решения подобных задач вероятностью ложной тревоги 0,01; при этом уровень генерируемого шума должен быть не менее, чем в четыре раза выше уровня естественного шума, чтоб не искажать параметры генерируемого шума, что также выполняется, поскольку, как правило, уровень естественного шума источника в 100 раз и более ниже уровня аудиосигнала.
Суммируют на сумматоре маркируемый аудиосигнал с маркирующим генерируемым шумом (ВЗ).
В результате шумоподобный ВЗ трудно обнаружить, так как он обладает свойствами естественного шума - равномерной спектральной плотностью мощности и уровнем, не влияющем на качество восприятия сигнала потребителем услуги. ВЗ вводится во всей полосе частот аудиосигнала (0-20 кГц) и на протяжении всей его длительности или его части.
При цифровом кодировании аудиоконтента кодеком информация о водяном знаке не теряется, так как после суммирования ВЗ с аудиосигналом является частью самого аудиосигнала. Также по этой причине суммарный аудиосигнал не подвержен воздействиям на любом уровне модели взаимодействия открытых систем.
Схема устройства, реализующего способ ввода водяного знака в аудиосигнал, представлена на фигуре графического изображения.
Генератор шума 1 с равномерной спектральной плотностью мощности шумового сигнала и выполненный с возможностью формировать шумовой маркирующий сигнал изменяющегося уровня в зависимости от управляющего сигнала, включающий генератор 2, формирующий на выходе шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью мощности, усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления, имеющий управляющий вход, аналоговые сигнальные вход и выход, на котором уровень входного сигнала изменяется (увеличивается, уменьшается) в зависимости от подачи управляющего сигнала.
Источник аудиосигнала 4, имеющий аналоговый выход, обеспечивает маркируемый аудиосигнал.
Измеритель уровня генерируемого шума 5 и измеритель уровня источника аудиосигнала 6 выполнены с возможностью измерять уровень на выходе генератора шума и источника аудиосигнала, имеют в составе частотные фильтры 7, 9 с полосой частот аудиосигнала, имеющие аналоговый вход и выход. Амплитудный детектор 8 для определения уровня генерируемого шума в измерителе 5 и амплитудный детектор 10 в измерителе 6 имеют аналоговый вход и выход.
Обнаружитель 11 аудиосигнала на фоне естественного шума, присутствующего в источнике аудиосигнала, выполнен с возможностью получать значение уровня аудиосигнала, сравнивать его с пороговым значением обнаружения сигнала на фоне естественного шума, формировать управляющий выходной сигнал на 3-й управляемый ключ 16 (через 2-й ключ 15) для коммутации генерируемого шума на сумматор 17 аудиосигнала с генерируемым шумом, и на 1-й управляемый ключ 14 для коммутации управляющего сигнала на усилитель 3, включающий измеритель 6 уровня источника аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход на пороговое устройство 12 и на устройство сравнения 13 для соотнесения уровня сигнала источника с уровнем генерируемого шума и формирования управляющего сигнала (увеличения, уменьшения уровня генерируемого шума) на усилитель 3 генератора 1; пороговое устройство 12 для сравнения уровня сигнала источника с пороговым значением и принятия решения (обнаружения аудиосигнала на фоне естественного шума), имеющее аналоговый вход и управляющий выход.
Устройство сравнения 13 уровней сигнала источника и генерируемого шума, имеющее входы от генератора шума и обнаружителя аудиосигнала, управляющий выход, выполненное с возможностью сравнения уровней сигнала источника и генерируемого шума для формирования управляющего сигнала на усилитель 3 с регулируемым коэффициентом усиления в составе генератора 1 по увеличению (уменьшению) уровня шума.
1-й управляемый ключ 14 коммутации (отключения) управляющего сигнала на усилитель 3 генератора шума 1, имеющий вход и выход управляющего сигнала на основе сравнения уровней сигнала источника и генерируемого шума в устройстве сравнения 13 и управляющий вход наличия маркируемого аудиосигнала в источнике на выходе обнаружителя 11, реализованный для обеспечения изменения уровня генерируемого шума только в моменты наличия аудиосигнала.
2-й ключ 15 коммутации управляющего сигнала на 3-й управляемый ключ 16, имеющий вход и выход, выполненный для подключения управляющего сигнала размыкания 3-го управляемого ключа 16 с целью повышения скрытности маркирования аудиосигнала за счет маркирования только в моменты его наличия.
3-й управляемый ключ 16 коммутации генерируемого шума на сумматор 17 аудиосигнала и генерируемого маркирующего шума, имеющий вход от генератора 1 и выход с генерированным шумом на сумматор 17, управляющий вход наличия маркируемого аудиосигнала в источнике на выходе обнаружителя 11, выполненный для подключения генератора шума к сумматору.
Сумматор 17 маркируемого аудиосигнала и маркирующего генерируемого шума, имеющий входы с генерированным шумом и аудиосигналом, выход с маркированным ВЗ аудиосигналом предназначен для суммирования этих двух сигналов.
При этом генератор 2 через выход подключен ко входу усилителя 3, формируя с усилителем генератор шума 1.
Генератор шума 1 через выход подключен к первому входу сумматора 17 через 3-й управляемый ключ 16.
Источник аудиосигнала 4 через выход соединен со вторым входом сумматора маркируемого аудиосигнала и маркирующего генерируемого шума, а также со входом обнаружителя 11 маркируемого аудиосигнала на фоне естественного шума, присутствующего в источнике аудиосигнала.
Частотный фильтр 7 через выход соединен со входом амплитудного детектора 8, формируя измеритель 5.
Измеритель 5 уровня генерируемого шума по входу соединен с генератором шума 1, по выходу - со входом устройства сравнения 13 уровней сигнала источника и генерируемого шума.
Частотный фильтр 9 через выход соединен со входом амплитудного детектора 10, формируя измеритель 6.
Измеритель 6 через выход соединен со входом порогового устройства 12, формируя обнаружитель 11, и с входом устройства сравнения 13 уровней сигнала источника и генерируемого шума. Устройство сравнения 13 уровней сигнала источника и генерируемого шума через выход соединено со входом 1-го управляемого ключа 14 коммутации управляющего сигнала на усилитель 3 генератора шума 1.
Обнаружитель 11 по выходу соединен со входом 3-го управляемого ключа 16 коммутации генерируемого шума на сумматор 17 через 2-ой ключ 15 коммутации управляющего сигнала на 3-й управляемый ключ 16, а также со входом 1-го управляемого ключа 14 коммутации управляющего сигнала на усилитель 3 генератора шума 1.
1-ый управляемый ключ 14 коммутации управляющего сигнала на усилитель генератора шума 1 через выход соединен со входом усилителя генератора шума 1.
Принцип действия устройства заключается в суммировании маркируемого аудиосигнала и маркирующего генерируемого шума с использованием логики работы ключей.
1-й управляемый ключ 14 реализует логику отключения управляющего сигнала на усилитель 3 генератора шума 1 в моменты отсутствия аудиосигнала на выходе источника 4 (табл. 1), тем самым исключая излишнее усиление уровня генерируемого шума, для чего с выхода обнаружителя 11 поступает результат сравнения на пороговом устройстве 12 уровня сигнала источника с пороговым значением:
- если уровень сигнала источника равен или превышает пороговое значение, то на вход поступает замыкающий ключ 14 управляющий сигнал;
- если уровень сигнала источника не превышает пороговое значение, то на вход поступает размыкающий ключ 14 управляющий сигнал.
2-й ключ 15 коммутации управляющего сигнала на 3-й управляемый ключ 16 реализует выбор режима ввода ВЗ в аудиосигнал - непрерывный (включая паузы) или только при наличии аудиосигнала (табл. 2). Режима ввода ВЗ и состояние ключа устанавливаются до начала работы устройства ввода ВЗ.
3-й управляемый ключ 16 реализует логику отключения генерируемого шума на сумматор 17 в моменты отсутствия аудиосигнала на выходе источника 4 (табл. 3), тем самым реализуя режим ввода ВЗ в аудиосигнал только при наличии аудиосигнала, для чего с выхода обнаружителя 11 поступает результат сравнения на пороговом устройстве 12 уровня сигнала источника с пороговым значением:
- если уровень сигнала источника равен или превышает пороговое значение, то на вход поступает управляющий сигнал, замыкающий ключ 16;
- если уровень сигнала источника не превышает пороговое значение, то на вход поступает управляющий сигнал, размыкающее ключ 16.
В результате, в устройстве на выходе сумматора 17 получается аудиосигнал, содержащий шумоподобный ВЗ, обнаружить который потенциальному нарушителю будет совсем не просто. Таким образом, скрытность ВЗ будет повышена.
Краткое описание чертежей
На фигуре графического изображения показана блок-схема устройства для ввода ВЗ в аудиосигнал.
На блок блок-схеме обозначены:
1 - генератор шума,
2 - генератор,
3 - усилитель с регулируемым коэффициентом усиления,
4 - источник аудиосигнала,
5 - измеритель уровня генерируемого шума,
6 - измеритель уровня источника аудиосигнала,
7 - частотный фильтр,
8 - амплитудный детектор,
9 - частотный фильтр,
10 - амплитудный детектор,
11 - обнаружитель аудиосигнала на фоне естественного шума,
12 - пороговое устройство,
13 - устройство сравнения,
14 - 1-й управляемый ключ,
15 - 2-й ключ,
16 - 3-й управляемый ключ,
17 - сумматор.
Осуществление изобретения
Реализация предложенного способа осуществлена в устройстве ввода ВЗ в аудиосигнал и возможна как в аппаратном, так и программно-аппаратном исполнении.
Вначале формируют устройство в целом, исходя из предпочтений и возможностей использования.
Затем устанавливают в пороговом устройстве значение порога обнаружения аудиосигнала на фоне естественного шума в источнике сигнала. Зная характеристики аудиосигнала (уровень шума, полоса частот и др.), устанавливают порог величиной не менее чем в 4 раза превышающий уровень естественного шума. Например, если уровень естественного шума составляет 0,1 мВ, порог может быть выбран 0,5 мВ.
После этого выбирают режим ввода ВЗ в аудиосигнал - непрерывный или при наличии аудиосигнала. Выбор может определяться характером аудиосигнала. Например, для коммерческой записи популярной музыки имеет смысл выбрать повышенную скрытность ВЗ и использовать режим ввода ВЗ в аудиосигнал только при наличии аудиосигнала.
Предпочтительным вариантом реализации представляется использование вычислительной системы (персонального компьютера) с внешним набором блоков и устройств, которые могут использоваться для выполнения вышеописанных процессов, включающих материнскую плату, имеющую блок ввода/вывода, один или несколько процессоров, звуковой адаптер и блок памяти. Блок ввода/вывода подключен к дисплею, клавиатуре, манипулятору типа «мышь», устройству хранения данных и блоку мультимедийного накопителя. Блок мультимедийного диска может считывать/записывать машиночитаемый носитель, который содержит программу и данные аудиосигнала. В этом случае контроль за работой способа и устройства может быть наглядно отображен на дисплее.
Программу, реализующую работу устройства может составить специалист по программированию (программист), зная функции, выполняемые отдельными элементами устройства, и учитывая описанные связи между ними.
При готовности устройства на его вход подают аудиосигнал, с выхода сумматора получают аудиосигнал с внедренным ВЗ и передают далее по назначению, например, для записи на компакт-диск и т.д.
Возможность контроля наличия ВЗ в маркированном аудиосигнале и идентификации существует и может быть осуществлена.
Пусть s(t) - аудиосигнал, z(t) - водяной знак. Тогда суммарный аудиосигнал с водяным знаком
При идентификации ВЗ в суммарном аудиосигнале ВЗ известен. Следовательно, для проверки подлинности аудиосигнала выполняются следующие операции
Подставим в (2) выражение (1)
Вычитаем из суммарного аудиосигнала с ВЗ (1) полученный в выражении (3) сигнал
Сравниваем полученный результат с известным ВЗ
z(t)=z(t)
В случае если копия аудиосигнала нелегальна, то ВЗ не соответствует принятому к использованию в данном случае, zнел(t) - ВЗ нелегальной копии аудиосигнала. Тогда суммарный аудиосигнал с водяным знаком
Выполняя операции выражений (2)-(4), получим
В результате, факт подмены ВЗ вполне можно установить, зная исходные параметры ВЗ.
Действия предложенного способа могут быть реализованы на основе вычислительных устройств - микропроцессоров, управляемых программой, записанной на машиночитаемый носитель (Вениаминов В.Н. и др. Микросхемы и их применение: Справочное пособие. - М.: Радио и связь, 1989. - 240 с., стр. 161-167).
Работоспособность предложенного способа проверена экспериментально. Макет устройства ввода водяного знака в аудиосигнал в виде ПЭВМ со звуковой платой и программного обеспечения по работе с аудиосигналом «CoolEdit» позволил реализовать эксперимент по введению ВЗ в аудиосигнал. Длительность эксперимента - 10 мин. В ходе эксперимента сформирован суммарный аудиосигнал с ВЗ и обеспечена идентификация ВЗ.
Таким образом, предложенный способ дает технический результат, заключающийся в возможности внедрения скрытого ВЗ по всей длительности аудиосигнала без влияния на его качество и стойкого к цифровому перекодированию маркированного аудиосигнала.
1. Устройство ввода водяного знака в аудиосигнал, получаемый от источника аудиосигнала, содержащее
генератор шума с равномерной спектральной плотностью мощности шумового сигнала и выполненный с возможностью формировать шумовой маркирующий сигнал изменяющегося уровня в зависимости от управляющего сигнала и включающий
генератор, формирующий на выходе шумовой сигнал с равномерной спектральной плотностью мощности,
усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, имеющий управляющий вход, аналоговые сигнальные вход и выход;
измеритель уровня генерируемого шума, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе генератора шума и включающий
частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход,
амплитудный детектор для определения уровня генерируемого шума, имеющий аналоговый вход и выход;
измеритель уровня источника аудиосигнала, выполненный с возможностью измерять уровень на выходе источника аудиосигнала и включающий
частотный фильтр с полосой частот аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход,
амплитудный детектор для определения уровня источника аудиосигнала, имеющий аналоговый вход и выход;
обнаружитель аудиосигнала на фоне естественного шума, включающий измеритель уровня источника аудиосигнала,
пороговое устройство, имеющее аналоговый вход и управляющий выход;
устройство сравнения, имеющее первый и второй аналоговые входы и выход;
первый управляемый ключ, имеющий аналоговый вход, управляющий вход и выход;
второй ключ, имеющий аналоговый вход и выход, выполненный с возможностью установки уровня входа;
третий управляемый ключ, имеющий аналоговый вход, управляющий вход и выход;
сумматор, имеющий первый и второй аналоговые входы, управляющий вход и выход и выполненный с возможностью суммировать аналоговые сигналы; при этом
выход генератора подключен к входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
выход генератора шума подключен к аналоговому входу третьего управляемого ключа,
выход генератора шума подключен к входу частотного фильтра измерителя уровня генерируемого шума,
выход частотного фильтра измерителя уровня генерируемого шума подключен к входу амплитудного детектора измерителя уровня генерируемого шума,
выход амплитудного детектора измерителя уровня генерируемого шума подключен к первому входу устройства сравнения,
выход источника аудиосигнала подключен к первому входу сумматора,
выход источника аудиосигнала подключен к частотному фильтру обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума,
выход частотного фильтра обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума,
выход амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу порогового устройства,
выход амплитудного детектора обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к второму входу устройства сравнения,
выход порогового устройства обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу второго ключа,
выход порогового устройства обнаружителя аудиосигнала на фоне естественного шума подключен к входу первого управляемого ключа,
выход устройства сравнения подключен к управляющему входу первого управляемого ключа,
выход третьего управляемого ключа подключен к второму входу сумматора,
выход первого управляемого ключа подключен к управляющему входу усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
выход второго управляемого ключа подключен к управляющему входу сумматора.
2. Способ ввода водяного знака в аудиосигнал, заключающийся в том, что:
устанавливают в пороговом устройстве значение порога обнаружения аудиосигнала на фоне естественного шума в источнике сигнала;
выбирают режим ввода водяного знака в аудиосигнал - непрерывный или при наличии аудиосигнала;
формируют в генераторе шума водяной знак в виде шумового сигнала с равномерной спектральной плотностью мощности и уровнем в зависимости от уровня аудиосигнала в источнике аудиосигнала,
выполняя следующие действия: получают в генераторе шума шумовой сигнал, получают аудиосигнал от источника аудиосигнала,
измеряют на выходе генератора шума уровень шумового сигнала с помощью измерителя уровня генерируемого шума,
измеряют на выходе источника аудиосигнала уровень сигнала с помощью измерителя уровня источника аудиосигнала,
сравнивают в устройстве сравнения уровни сигнала источника аудиосигнала и генерируемого шума и формируют управляющий сигнал для усилителя с регулируемым коэффициентом усиления,
коммутируют первым управляемым ключом управляющий сигнал для усилителя с регулируемым коэффициентом усиления;
вводят водяной знак в аудиосигнал, выполняя следующие действия: если выбран режим ввода водяного знака в аудиосигнал при наличии аудиосигнала, то коммутируют вторым ключом управляющий сигнал на третий управляемый ключ,
коммутируют третьим управляемым ключом генерируемый шум на сумматор;
суммируют в сумматоре аудиосигнал от источника аудиосигнала с водяным знаком;
передают с выхода сумматора аудиосигнала с водяным знаком по назначению.
