简单扩频语音水印算法

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音频数字水印技术

6.2 人类听觉特性
频域掩蔽算法的具体实现步骤如下：
(1) 计算频谱。对每16 ms的信号s(n)，其采样点数 N=512，用Hamming窗h(n)进行加窗处理
8
h(n) 3 [1 cos(2 n )]
2
N
(6 - 1)
第6章音频数字水印技术
s(n)的功率谱由下式得到
S(k) 10 lg[
s(n), 0≤n＜m s(n)+λs(n-m), m≤n＜N
(6 - 9)
第6章音频数字水印技术
原始音频分段数据
音频数据段
水印比特
衰减延时
回声混入段组合
含水印音频数据
图 6 - 2 回声编码水印嵌入流程图
第6章音频数字水印技术
在实际的应用中，为了提高水印嵌入的效率， Gruhl 采取的方法如下：
水印算法运算速度快，因此除了对回声算法进行研究外，一些学者对时域的其他算法进行了深入研究，提出了一些新的算法。
第6章音频数字水印技术
Kim等认为将水印信号嵌入时域中每一个样点会使人耳产生感知，他们每间隔一定的距离(3～5个样点)，通过修改样点的幅度值而嵌入水印。在水印检测时不需要原始音频信号，而是根据嵌入水印的样点附近的样点值估计该点的原始值，进而获得嵌入的水印。
第6章音频数字水印技术
层Ⅱ：频带被划分为30个子带，最低频3个子带的所有采样点都用到，接下来的3个子带的采样点每2个用到1个，接下来的6个子带的采样点每4个用到1个，余下的18个子带的采样点每8个用到1个。共用到采样点132个。
第6章音频数字水印技术
(5) 掩蔽是可以叠加的，因而在z(i)处具有的总掩蔽阈值LTg(i)为z(i)处的安静时阈值LTq(i)和所有临

基于扩频原理的秘密水印方案

收稿日期:2006206222;修返日期:2006208220 基金项目:国家自然科学基金资助项目(90104005);广东省教育厅自然科学研究资助项目(Z03001) 作者简介:周权(19712),男,讲师,主要研究方向为信息安全(call_zhouq@21cn .com );肖德琴(19702),副教授,硕导,主要研究方向为信息安全;冯健昭(19812),男,硕士研究生,主要研究方向为网络与信息安全.基于扩频原理的秘密水印方案3周　权1,肖德琴2,冯健昭2(1.广州大学信息安全研究所,广东广州510006;2.华南农业大学信息学院,广东广州510642)摘　要:借用扩频技术的基本思想,提出了一种基于频域的秘密水印方案。

利用椭圆曲线密码体制密钥短、安全强度高等特点,设计了一种基于椭圆曲线的安全性能好、抗攻击能力强,且适合有限资源条件下的秘密信息传输的方案。

同时,对椭圆曲线秘密信息频域隐藏的嵌入算法和提取算法等进行了详细而周密的设计,最后还对方案的特点进行了分析。

关键词:信息安全;秘密水印;扩频技术;椭圆曲线中图分类号:TP309.3 文献标志码:A 文章编号:100123695(2007)0720125203Scheme of Secret W ater mark Based on Extending Frequency TheoryZHOU Quan 1,X I A O De 2qin 2,FE NG J ian 2zhao2(1.Institute of Infor m ation Security,Guangzhou U niversity,Guangzhou Guangdong 510006,China;2.College of Infor m ation,South ChinaA griculture U niversity,Guangzhou Guangdong 510642,China )Abstract:This paper p r oposed a secret water marking sche me in frequency domain based on extending frequency theory .Ac 2cording t o it,a particular and integrated sche me was designed co mbining with the characteristics of shorter key and higher se 2curity intensity f or elli p tic curve cryp t osystem.And als o,the frequency domain secret inf or mati on e mbedding algorith m and p ick 2up algorith m were designed in detail .Finally the sche me ’s str ongpoint was analyzed .Key words:inf or mati on security;secret water mark;extending frequency technol ogy;elli p tic curve cryp t osyste m 秘密水印(SecretW ater mark )技术是指将密文或数字签名嵌入到图像中以达到安全强度更高的秘密通信效果的一种安全技术[1]。

基于扩频DCT变换的数字音频水印算法

基于扩频DCT变换的数字音频水印算法王晓盼;王梅;王洁【摘要】扩频技术具有保密性好和较高的抗干扰能力等优点,使得扩频技术在数字音频水印系统版权保护方面的应用逐渐受到重视.将水印图像经过扩频处理后嵌入到数字音频信号离散余弦变换后的中频系数上,实现水印图像信号的嵌入和提取,通过MATLAB仿真软件进行实验仿真,再对其进行攻击实验来验证该水印嵌入算法的稳健性.【期刊名称】《通信电源技术》【年(卷),期】2015(032)006【总页数】3页(P145-147)【关键词】数字音频水印;扩频;离散余弦变换【作者】王晓盼;王梅;王洁【作者单位】河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050000;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050000;河北科技大学信息科学与工程学院,河北石家庄050000【正文语种】中文【中图分类】TN9180 引言数字音频水印技术就是将标志版权所有者信息的标识（如图像、音频、文字以及作品的相关信息），在不影响原始音频载体的前提下嵌入到数字音频载体上，嵌入之后水印信息和音频信息结合在一起，通常水印是不可感知的，能够抵抗各种非正常攻击的干扰。

本文给出了基于DCT域的数字音频水印算法，采用扩频技术对水印信号进行预处理，并选用DCT域的中频系数作为水印嵌入位置，按照水印和音频1∶8的比例进行水印的嵌入［1］，同时实现水印的非盲提取。

1 算法原理1.1 扩频技术为了进一步提高水印图像的抗干扰能力，利用伪随机序列（PN码）对水印图像进行扩频调制。

PN码的自相关特性和白噪声类似，是由0和1组成的编码序列。

数字音频水印算法利用了扩频通信的思想，即将水印的频谱进行扩展，在一个宽带信道中传送频谱扩展的水印信号。

1.2 离散余弦变换(DCT)音频信号是一维的，可以采用一维DCT变换对数字音频信号进行处理。

基于扩频的数字音频水印技术研究

基于扩频的数字音频水印技术研究王浩;陈砚圃;高悦;王红柱【摘要】A digital audio watermark embedded scheme based on spread spectrum in time-domain and frequency-domain is overview. A conclusion that the length of pseudorandom sequence and height correlation of audio carrier directly impact the false-alarm and false dismissal probability of detection is obtained by analysing the statistical characteristics of coherent detection. The correctness of the above-mentioned conclusion was proved by experiment and simulation. The common whitening filters are concluded. The synchronization difficulty of the spread-spectrum digital audio watermark is discussed in this paper. The problems existing in current technology are summarized and the prospect of the future development in this field is pointed out.%论述了时域、频域的扩频数字音频水印嵌入方案.通过分析相关检测的统计特性,得出伪随机序列的长度与音频载体本身的高度相关性直接影响检测的虚警和漏警概率,且通过实验仿真验证了上述结论的正确性,并归纳了目前常用的白化滤波器.讨论了扩频数字音频水印的同步问题,最后总结了当前存在的问题并对其发展进行了展望.【期刊名称】《现代电子技术》【年(卷),期】2012(035)002【总页数】3页(P7-9)【关键词】扩频;数字音频水印;白化滤波器;同步攻击【作者】王浩;陈砚圃;高悦;王红柱【作者单位】西安通信学院,陕西西安 710106;西安通信学院,陕西西安 710106;西安通信学院,陕西西安 710106;西安通信学院,陕西西安 710106【正文语种】中文【中图分类】TN919-34由于扩频技术具有抗干扰能力强，隐蔽性好等优点，在音频水印中得到广泛的应用，其思想是将水印比特流视为窄带信号，经伪随机序列调制得到宽带信号即水印信号，视音频载体为宽带信道，这样水印的能量分散在音频载体中，隐蔽性较好。

几种水印算法详解-入门必备

水印算法近年来，数字水印技术研究取得了很大的进步，下面对一些典型的算法进行了分析，除特别指明外，这些算法主要针对图像数据(某些算法也适合视频和音频数据)。

空域算法该类算法中典型的水印算法是将信息嵌入到随机选择的图像点中最不重要的像素位(LSB:least significant bits)上，这可保证嵌入的水印是不可见的。

但是由于使用了图像不重要的像素位，算法的鲁棒性差，水印信息很容易为滤波、图像量化、几何变形的操作破坏。

另外一个常用方法是利用像素的统计特征将信息嵌入像素的亮度值中。

Patchwork算法方法是随机选择N对像素点(ai，bi) ，然后将每个ai点的亮度值加 1 ，每个bi点的亮度值减1，这样整个图像的平均亮度保持不变。

适当地调整参数，Patchwork方法对JPEG压缩、FIR滤波以及图像裁剪有一定的抵抗力，但该方法嵌入的信息量有限。

为了嵌入更多的水印信息，可以将图像分块，然后对每一个图像块进行嵌入操作。

变换域算法该类算法中，大部分水印算法采用了扩展频谱通信(spread spectrum communication)技术。

算法实现过程为：先计算图像的离散余弦变换(DCT)，然后将水印叠加到DCT域中幅值最大的前k系数上(不包括直流分量)，通常为图像的低频分量。

若DCT系数的前k个最大分量表示为D=，i=1 ，… ，k，水印是服从高斯分布的随机实数序列W =，i=1 ，… ，k，那么水印的嵌入算法为di = di(1 + awi)，其中常数a为尺度因子，控制水印添加的强度。

然后用新的系数做反变换得到水印图像I。

解码函数则分别计算原始图像I和水印图像I*的离散余弦变换，并提取嵌入的水印W*，再做相关检验以确定水印的存在与否。

该方法即使当水印图像经过一些通用的几何变形和信号处理操作而产生比较明显的变形后仍然能够提取出一个可信赖的水印拷贝。

一个简单改进是不将水印嵌入到DCT域的低频分量上，而是嵌入到中频分量上以调节水印的顽健性与不可见性之间的矛盾。

音频信息隐藏与水印算法

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音频水印的分类
• 在原始音频信号中嵌入 • 在音频编码器中嵌入，这种方法稳健性较高，但需要复杂的编码和解码过程，运算量大，实时性不好 • 在压缩后的音频数据流中直接嵌入，这种方法避免了复杂的编解码过程，但稳健性不高，而且能够嵌入的水印容量不大（压缩域数字水印）
20
基于内容的音频水印技术
• 具体步骤： • 1）设原始音频序列为S={s(i),0≤i<L}，将S分割成 N个等长的小段。 • 2）对每段进行K点的离散付里叶变换（DFT）。生成相位矩阵和幅度矩阵。 • 3）计算并存储相邻的相位差。 • 4）对于水印序列W，当为了1时，相位值用-π/2 表示，为0时，用π/2表示 • 5）利用相位差重新产生相位矩阵 • 6）利用原始幅度矩阵和新相位矩阵反变换得到含水印的音频信号
47
DFT方法
• 步骤： • 1）首先对音频信息进行DFT变换； • 2）选择对其中2.4-6.4KHz的DFT系数进行水印嵌入，并用表示水印序列的频谱分量来替换相应的DFT系数。 • 特点：该技术对噪声、录音失真、磁带颤动都具有一定的稳健性。
48
DCT法
• 步骤： • 1）设计线性移位寄存器，产生置乱序列，该序列由寄存器结构和初始状态共同决定。 • 2）嵌入水印，其中经过三个过程， • 一、对原始语音信号进行DCT变换； • 二、选取前m值作为添加水印的位置； • 三、生成水印，并嵌入水印 • 四、序列重置，并IDCT变换
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回声隐藏算法
• 嵌入
– 原始信号 f (t ) ，回声信号 f (t t ) –伪装信号为 c(t ) f (t ) f (t t ) –秘密信息为“0”，延迟为 t –秘密信息为“1”，延迟为' t

数字音频水印技术

回声隐藏（Echo Hiding）算法最早由Gruhl等人于1996年提出，它是通过在时域中引入回声的方式把秘密数据嵌入到载体数据中，也是一种经典的音频数字水印算法。它利用了人类听觉系统的另一特性：音频信号在时
域的向后屏蔽作用，即弱信号在强信号消失之后变得无法听见。弱信号可
以在强信号消失之后50~200 ms的作用而不被人耳察觉。在该算法中，编码器先把载体数据延迟一定的时间，然后叠加到原始的载体数据上来产生回
2014-5-12
数字音频水印技术
1.3 水印的嵌入和检测音频数字水印技术就是在音频中添加某些数字信息来保护数字媒体的版权，证明数字产品的真实可靠性。水印信息嵌入在音频载体中，不能影响原始音频的完整性和可用性。从数字通信的角度来讲，可以把音频数字水印技术理解为用扩频等通信技术把一个窄带信号（水印）放在在一个宽带信道（载体）上传输；从信号处理的角度来讲，可以把音频数字水印技术看作是把一个作为水印信息的弱信号叠加到原始音频载体的强背景上。一个完整的数字音频水印系统包括水印的生成、水印的嵌入和水印的提取或检测三个基本环节。
数字水印是在音频载体对象中嵌入一定数量的掩蔽信息，为使得第三
方不易察觉这种嵌入信息，需谨慎选择嵌入方法，使嵌入信息前后不产生听觉可感知的变化。
2014-5-12
数字音频水印技术
3. 是否需要原始数据进行信息提取
根据数据嵌入和提取方案的不同设计，有些方案可以不需要借助
于原始数据进行信息提取，这一性能将影响方案的用途和性能。 4. 数据提取误码率数据提取误码率也是音频水印方案中的一个重要技术指标，因为一方面存在来自物理空间的干扰，另一方面信道中传输的信号会发生衰减和畸变，再加上人为的数据变换和攻击，都会使数据提取的误码率增加。 5. 嵌入数据量指标

浅谈面向公共信息传播的音频水印算法

浅谈面向公共信息传播的音频水印算法论文摘要：提出了一种基于小波分解和倒谱技术的音频数字水印算法，该算法通过对原始音频进行小波多级分解，从中选取低频系数进行倒谱变换。

通过统计均值的计算和调整方法设计，完成了水印的嵌入。

实验结果表明该算法能够有效地抵抗A／D和D／A攻击，误码率为O，隐藏容量较大。

同时，本算法还能够抵抗一定的AMR攻击，为手机音频的安全传播和管理提供了新的前景。

论文关键词：音频水印；小波变换；倒谱；模／数转换；AMR格式0引言在电视广播、交通台和音乐会等公共信息传播领域，音频的版权管理和安全传输都非常重要。

如果采用数字水印技术，则需要水印算法能够抵抗A／D和D／A转换。

目前，具有这种变换的类型可以划分为三种。

第种是基于电缆传输方式，以电话线传播和直通电缆连接为典型，所受干扰小。

电话线方式是公用信道，能够传播很远，传输秘密水印的载体可以是话音或音乐等类型；而直通电缆方式一般在一个办公实验的局部环境中。

第二种是基于广播方式，通过广播媒体或专用频道进行传播。

第三种是基于空气直接传播方式，会遭遇各种干扰，通常只能近距离设计。

由于音频水印的远程传输和提取具有广泛的应用价值，这些音频传播水印技术在国外已经受到了极大重视并有所成果。

在空气传播水印信息方面，德国的steinebach等人…开展了最早的研究，通过设定5—4oocm的多个不同间距，同时使用了4种不同的麦克风，研究了5种音频类型的水印技术，在5～180cm的间距普遍获得了良好的提取效果。

随后，日本的achibana等人口研究将水印实时地隐藏到公共环境如音乐演奏会的音乐之中，能够成功地在一个30s音乐片段内隐藏64b的消息，测试的空气传播距离为3m。

在电话网络传播方面，加拿大的chen等人开展了模拟电话通道的隐藏，在误码率小于0．001时，其数据带宽达到了265bps。

日本的Modegi等人设计了一套非接触水印提取方案，通过手机来广播或转存水印音频，然后，通过计算机将秘密从转存的音频文件提取出来。

基于纠错编码和扩频调制的彩色图像水印算法

【中图分类号】Ｔ９１３Ｔ３１Ｎ１．；Ｐ９７
【文献标识码】Ａ
ＣｏｏｍａｅＷａｅｍａｋｎｇｒｔｍｓｄｏｒｒＣｏｒｃｉｎＣｏｉｇａｄｌｒＩｇｔｒｒｉｇＡｌｏｉｈＢａｅｎＥｒｏｒｅｔｄｎｎｏ
有算法透明性都已经很高，但稳健性参差不齐。文献【１】
在数字水印算法中引人了纠错编码的概念，纠错编码具
有找到并改正错误的特性；文献【】用码分多址对水印２使进行扩频，提高了水印的稳健性。这两种方法各有其优缺点，笔者提出的算法先对水印实行汉明纠错编码，在此
ｃｌｒｉｇｉｉｌｗｔｒｒｉｇｏｏｍａｅｄｇｔａｅｍａｋｎ．Ａｒｏｄｓｒｍｂｉｇｌｏｏｒｃｉｎｃｄｎｎｐｅｄｐｃｒｍｄｌｔｎａｅｏｅａｅｎｔｅａｎｌｃａｌ，ｅｒｒｃｒｔｏｉｇａｄｓｒａｓｅｔｕｍｏｕａｉｌｐｒｔｄｏｈｎｅｏｏ
【摘
要】提出一种基于纠错编码和码分多址（ＤＣＭＡ）的彩色图像水印算法，先后将秘密信息进行Ａｎｌ置乱，ｒｏｄ纠错编码，频扩
调制。提取宿主图像的绿色分量，对其进行离散余弦变换，将预处理的水印嵌入到变换后的部分中频区域。水印提取部分，首先对待测图像的绿色分量做离散余弦变换，其次提取中频部分的水印信息，将提取的值和由密钥得到的Ｇｌ序列集做互相关进ｏｄ
ＳｅｄｐｒａＳｐｅｔｕｏｃｒｍＭｄｕｌｔｏａｉｎ

扩频通信中扩频水印的嵌入方法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：A new method based on Multi-code Direct Sequence Spread Spectrum（MC-DSSS）technology is proposed to insert a spread spectrum watermarking into a spread spectrum communication signal。In this method，the spread spectrum signal plus spread spectrum watermarking are transmitted into channel，but their spread codes are orthogonal。The theoretical analysis and simulation indicate that there are many advantages in this watermarking，such as transparency，reliability，robustness and anti-jamming.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Spread spectrum communication;Digital watermarking;Voice signal;Spread spectrum watermarking;Inserting method
二、水印的嵌入模型扩频通信是将原始信息通过与扩频码（伪随机码）进行扩频运算，使信号被扩频到很宽的频带上，接收端通过相关运算，将原始信息还原到原来的带宽，同时将干扰信号扩展到很宽的频带上，达到减少干扰信号的功率谱密度，从而可通过滤波的方法，提高信噪比的目的。在扩频信号中，通过采用正交扩频码字，很容易将水印信号嵌入到原始信号中，并且具有良好的特性。在扩频信号中嵌入水印信息的框图，接收端处理。在发端的情况，水印信息和语音信息分别被不同的伪码扩频（正交扩频码，且码长一样），扩频后的信号通过相加器，叠加在一起，再经过调制，送入信道，类似于多码扩频通信［4］。在接收端，接收到的信号经过前端滤波后，分别以信息扩频码和水印扩频码进行解扩、解调输出。由于信息与水印扩频码的正交性，水印信息直接叠加于原始信号上，并占用相同的带宽，相互之间不影响，达到了透明性要求；同时除非通过解扩频来提取水印，再进行抵消水印信号，而传统的任何方法均不能除去水印信号，从而达到了可靠性的要求；由于扩频系统的本身特性，传输过程中的干扰，接收过程中的各种算法均对水印信号信号的影响较小，故而达到鲁棒性的要求。

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原理简介
三种时域到频域变换的区别：
FTP：离散傅里叶变换，对于连续信号的静态变换； DWT：离散小波变换，对短时间（瞬间）信号的动态变换； DCT：离散余弦变换，对连续信号的动态变换。
实验目的
了解扩频通信原理，掌握扩频水印算法的基本原理，设计并实现一种基于音频的扩频水印算法，了解参数对水印算法的影响。
其他采用扩频技术实现水印嵌入的方法
基于扩频技术的关系数据库数字水印算法基本思想是：对于不同的授权者给予不同的密钥来产生特定的水印信号，并将这些水印信号嵌入到数据库的部分数值型元组中，以此来保护数据库版权。
基于扩频技术来实现数据库水印嵌入的优势：
在对数据库进行增加、删除或修改攻击后，仍然能检测出版权水印信息。在使用已经嵌入版权水印信息的数据时，使用者不用感觉到水印的存在。一旦发现数据库可能被非法使用，可通过检测可疑数据库是否含有水印来判断数据库是否被盗用，已达到版权保护的目的。
原理简介
扩频通讯的特点：
占据频带很宽，每个频带上的能量很低；即使几个频段的信号丢失，仍可恢复信号，利用相互正交的扩频码，可以在一个宽频带内同时传输很多路信号。扩频通信具有拦截概率小、抗干扰能力强的优点。
原理简介
可以利用扩频的上述优点设计水印算法本例中设计一种简单的算法：利用正交的PN 序列代表0，1信号，并将其叠加到信号DCT域。（因为本身算法的为了扩频，所以应该在频域上研究问题）提取水印时，利用PN序列的正交性可以较为准确地恢复水印。
% 1 select cover audio
[fname, pname] = uigetfile('*.wav', 'Select cover audio'); sourcename = strcat(pname, fname); s = wavread(sourcename)'; s_len = length(s);
% 6 select stegoed-audio [fname, pname] = uigetfile('*.wav', 'Select stegoed-audio'); sourcename = strcat(pname, fname); steg = wavread(sourcename)'; % 7 extract msg out = dh_ds(frag, steg, pn0, pn1); % 8 compute ebr fid = 1; ebr = sum(abs(msg - out)) / s_len; fprintf(fid, 'ebr:%f\n', ebr);
4.3简单扩频语音水印算盲水印
原理简介
扩频是一种能在高噪声环境下可靠传输数据的重要通讯技术，其原理是：信号在大于所需的带宽内进行传输，数据的带宽扩频是通过一个与数据独立的码字完成的，并且在接受端需要该码字的一个同步接收，以进行解扩和数据恢复。
% 2 generate msg to be embedded
frag = 256; msg_len = floor(s_len / frag); msg = randsrc(1, msg_len, [0 1]);
% 3 generate PN degree = 7; pn0 = 2 * pn_gen([degree 6 0], [zeros(1, degree - 1) 1], 0) -1; pn1 = 2 * pn_gen([degree 6 0], [zeros(1, degree - 1) 1], 1) -1; % 4 embed msg atten = 0.005; bld = hide_ds(frag, msg, s, atten, pn0, pn1); % 5 save the stegoed-audio wavwrite(bld, 8e+3, 'hide.wav');
实验步骤
算法分为四个部分实现：
PN产生函数；隐藏算法；提取算法；测试脚本；
实验步骤
测试脚本：
水印的音频；提取选择载体音频；产生水印或秘密信息（例如，没256个样本点嵌入1比特信息，由载体大小计算最多可嵌入多少比特秘密信息）；产生PN序列；选择嵌入强度，嵌入水印；保存携带水印的音频，可利用音频处理软件对音频进行格式转换、重采样等攻击，观察攻击后的水印的恢复情况；选择携带水印；计算误码率；
原理简介
时域到频域变换的原因：
时域是信号在时间轴随时间变化的总体概括。频域是把时域波形的表达式做傅立叶变化得到复频域的表达式，所画出的波形就是频谱图。是描述频率变化和幅度变化的关系。时域做频谱分析变换到频域在时域中我们研究信号的时间特性，在频域中我们研究信号的频率特性。由于信号往往在频域比在时域更加简单、直观，所以大部分信号分析的工作是在频域进行的。
原理简介
PN序列序列
PN序列（Pseudo-noise Sequence）伪噪声序列这类序列具有类似随机噪声的一些统计特性，但和真正的随机信号不同，它可以重复产生和处理，故称作伪随机噪声序列。 PN序列一般用于扩展信号频谱。 PN序列的扩频是指用一个序列去乘以一个信息符号，序列码片的时间远小于信息符号的时间，由信号的时间与频谱的关系，我们可以知道扩频后的序列的频谱是展宽的。由于PN序列的相关性很低，只有在发送的PN序列和接收的PN序列相同，并且其码片同步时才能得到一个相关峰了。当发射时，信号的功率是低于噪声的功率的，如果不知道PN序列，则较难得知码片的信息了。因此，扩频通信具有一定的加密性。
数据库水印的解决方案
扩频技术的运用：