(19)中华 人民共和国 国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202111457026.5 (22)申请日 2021.12.01 (71)申请人 湖南平安小精灵文化发展 有限公司 地址 410005 湖南省长 沙市开福区月湖街 道鸭子铺路1号创智园7栋2层1房 (72)发明人 黄荣　徐蓉　牛嵩峰　曾红斌　 谢少华　向军　李翔　谭林　周尧　 尹海波　陈孝经　 (74)专利代理 机构 长沙市融智专利事务所(普 通合伙) 43114 代理人 魏娟 (51)Int.Cl. G10L 17/02(2013.01) G10L 19/008(2013.01) G10L 19/018(2013.01)G10L 19/02(2013.01) G10L 19/032(2013.01) G10L 19/04(2013.01) H04L 9/40(2022.01) H04L 67/1097(2022.01) G06F 16/683(2019.01) G06F 21/16(2013.01) G06F 21/64(2013.01) (54)发明名称 一种基于区块链的音频防篡改系统 (57)摘要 本发明涉及一种基于区块链的音频防篡改 系统， 本发明构建的系统模型包括录音装置、 边 缘存证设备、 区块链 基础设施、 音频存储平台、 取 证方和检验 方等实体构成； 还公开了一种基于区 块链的音频防篡改系统的流程协议， 包括数据预 处理阶段、 音频指纹上链阶段、 音频篡改检测阶 段。 本发明利用链上数据可追溯防篡改特性， 加 强链上音频指纹的权威性， 解决音频指纹易丢 失、 难监管、 怕掉包等难题。 结合音频水印算法与 音频篡改主动检测算法， 在提供高鲁棒性与独一 性的前提下， 降低数据存 储消耗， 提高检测效率。 权利要求书2页 说明书6页 附图2页 CN 114333841 A 2022.04.12 CN 114333841 A 1.一种基于区块链的音频防篡改系统， 其特征在于， 包括： 录音装置、 边缘存证设备、 区 块链基础设施、 音频存 储平台、 取证方和检验方。 2.根据权利要求1所述的一种基于区块链的音频防篡改系统， 其特征在于， 所述录音装 置为系统中分布在不同地理位置拥有录音功能的客体， 录音装置按照预制程序实时针对某 场景录制音频， 并将录制的音频或片段音频文件发送至边 缘存证设备； 每一台所述录音装置周围配备一台所述边缘存证设备， 所述边缘存证设备承担音频中 转职务， 主 要负责数据处 理与转发。 3.根据权利要求2所述的一种基于区块链的音频防篡改系统， 其特征在于， 所述边缘存 证设备直接处理来自录音装置的音频数据， 生成并嵌入音频数字水印， 将音频解码生成音 频指纹； 将音频指纹通过区块链基础设施上链存储， 并将附有水印的音频上传至音频存储 平台。 4.根据权利要求1所述的一种基于区块链的音频防篡改系统， 其特征在于， 区块链基础 设施由录音音频数据所有 单位内部网络若干节点共同维护与运行， 提供音频指纹存储与检 索服务支撑， 可信存储来自各边缘存证设备 的音频指纹数据， 并随时为检验方提供音频指 纹检索服 务。 5.根据权利要求1所述的一种基于区块链的音频防篡改系统， 其特征在于， 音频存储平 台构建于内网存储服务器上， 一般由安全系 数较高的专用网络传输， 负责接 收来自边缘存 证设备处 理后的附有水印的音频 数据； 当有取证需求时， 取证方负责通过音频存储平台下载相关水印音频与其附属基本信 息， 线下安全保存， 与检验 软件工具一同交至检验方； 检验方负责公开通过检验 软件工具对 水印音频进行处 理， 将生成的指纹信息与链上指纹信息对比， 并验证水印数据确认来源。 6.根据权利要求1 ‑5任一项所述基于区块链的音频防篡改系统的流程协议， 其特征在 于， 包括三个阶段： 数据预处 理阶段、 音频指纹上链阶段、 音频篡改检测阶段。 7.根据权利要求6所述基于区块链的音频防篡改系统 的流程协议， 其特征在于， 采用基 于声道低频能量比的自同步数字音频水印算法嵌入和提取数字水印； 水印嵌入选取二维 DCT后的中低频系数后， 包括如下步骤： 首先把原始音频根据水印信息的长度划分成若干个小段； 在每一段中选取 前N个序列， 再把 N个序列划分成小块； 把每一个长度为 N/10块的序列变成M *M的小块； 对每一个M *M进行2DCT变换， 选取 K个中低频系数， 组成中低频系数 数组； 根据量化算法计算 一段的特 征值与嵌入强度， 再将水印嵌入到音频当中。 8.根据权利要求7所述基于区块链的音频防篡改系统 的流程协议， 其特征在于， 量化算 法具体执 行步骤如下： 特征信号选择； 首先选取该段音频信号的主信号x， x为该段音频信号k个 中低频系数的 平均值； 再用主信号x∈Rl与随机向量u∈Rl的夹角θx作为主信号的特征信号θx； 其中 信号u可以使用随机数发生器产生；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114333841 A 2特征信号调制； 首先， 将θx值域[0， π]分成n等分， 每一份的量化步长Δ为 区间用Hi表 示， 1≤i≤n； 再将Hi分成M等份， 每一个区间为Hij,1≤j≤M， 每个Hij对应一个信息元j,j∈C； 最 后再区间Hij中用抖动量d选择一个位置作为信息元j的码字； n个Hi区间， 有n个码字表示信 息元j， 于是形成点集： Λj＝{(i+j/M)Δ+d ‑1}； 对于码本信息元m∈{0,1}， 将其调制成抖动 量dm； 用round(x)表示取离x最近的整数， 利用量化函数： 将特征 值量化为： θm＝Qm( θx)， 得到该段音频信号 量化特征值θm； 嵌入水印： 利用Em(·)嵌入函数， 将水印嵌入主信号x， 嵌有水印的宿主信号 y表示如下： y＝Em(x,u,m)； 其中x为主信号， u为随机向量， m为码本信息元。 9.根据权利要求7 所述基于区块链的音频防篡改系统的流 程协议， 其特 征在于， 音频水印提取步骤如下： 把已嵌入水印的音频 载体根据水印的长度分段， 再从每一段中取 出前N个序列； 把前N个序列分成小块， 再 形成M*M的小块； 把每一个小块进行2DCT变换， 从中取出K个中低频系数， 组成数组； 计算每一段的特征 值， 然后跟集 合Q0与Q1进行比较， 确定水印信息 。 10.根据权利要求6所述基于区块链的音频防篡改系统的流程协议， 其特征在于， 所述 音频篡改检测阶段包括以下步骤包括音频指纹提取和音频篡改检测； 音频指纹提取算法包 括如下步骤： 将待检测的音频解码成PC M帧数据； 对解码出来的PC M帧数据直接按帧结构进行 快速傅里叶变换； 进行频域滤波， 频域滤波公式为： HF(Z)＝1 ‑Z‑1； 获取PCM数据的频域幅值； 将每帧的频谱均分成33个不重叠的临界频带并计算频带幅值(这些子带的频率范围为 300Hz～2200Hz， 这个频率范围是 人类听觉最相关的频率范围)； 对每帧提取32位的指纹； 如果用E(n,m)表示第n帧第m个子带的频域幅值， 用F(n,m)表示第n帧第m个位的指纹 值， 则所有的指纹值可定义如下： 提取音频指纹后， 将两个二进制字符串变成空间中的两点， 通过逐帧计算内积距离， 进 行音频指纹匹配； 计算公式为： 当p(A,B)≤12时， 认为2帧是相似的， 然后计算总相似度， 即相似的帧数与总帧数之比， 如果2个音频对象的总相似度大于阈值T， 则认为 这是2个相同的音频对象。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114333841 A 3