一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法與提取方法

一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法與提取方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法，包括：將線性預測語音編碼碼流中所有能夠利用QIM進行嵌入的位置視為一個信息隱藏空間，用矩陣A表示；根據(jù)所需安全等級選擇嵌入率；對矩陣A進行分塊，得到分塊矩陣；根據(jù)p和嵌入率生成密鑰Key，生成待嵌入矩陣B：對待嵌入矩陣B進行分塊，得到最小嵌入單元C；根據(jù)密鑰Key，在各個最小嵌入單元中選擇嵌入模式，得到一個或多個待嵌入序列，每個待嵌入序列均含有若干個嵌入位置；在待嵌入序列的基礎上，結(jié)合矩陣編碼和QIM方法實現(xiàn)對秘密信息的隱藏。本發(fā)明還提供了一種與信息隱藏方法對應的信息提取方法。
【專利說明】
【技術(shù)領域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)通信領域，特別涉及一種線性預測語音編碼信息隱藏方法。 一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法與提取方法

【背景技術(shù)】
[0002] 信息技術(shù)的不斷發(fā)展給人們生活帶來了便利，但同時也帶來了信息認證、版權(quán)保 護、秘密通信等諸多問題。信息隱藏技術(shù)可以很好地解決這些問題。它是一項將秘密信息 嵌入常見載體，通過隱藏秘密通信本身來達到傳遞秘密信息目的的技術(shù)。
[0003] 隨著網(wǎng)絡帶寬的持續(xù)增長，以及有線與無線網(wǎng)絡的融合，基于互聯(lián)網(wǎng)的即時語音 通信軟件得到廣泛應用。這些軟件帶來的通信語音流量已經(jīng)超過了固網(wǎng)長途電話流量， 網(wǎng)絡語音流由于其具有實時、大容量等特征，成為進行信息隱藏的潛在優(yōu)質(zhì)載體。由于語 音一般要經(jīng)過壓縮編碼后再通過網(wǎng)絡進行傳輸，因此基于壓縮語音流進行信息隱藏近年 來得到了研究者們的重視?，F(xiàn)有的方法主要分為兩類：1)在壓縮碼流中使用LSB (Least Significant Bit,最低有效位）替換方法。該類方法首先通過分析測試找出碼流中對語音 質(zhì)量影響較小的位置，然后利用LSB替換的方法進行信息嵌入。然而，語音編碼通常對原 始數(shù)據(jù)進行了高效壓縮，輸出碼流中不同比特位往往具有特定的涵義，某些比特對解碼至 關(guān)重要。使用LSB方法直接在碼流中進行修改可能對音頻信號造成較大影響，甚至無法解 碼。即便不影響解碼也會引入較大失真。與此同時，基于LSB的隱寫方法需要對不同的壓 縮標準進行具體分析，通用性較差。2)針對矢量量化過程使用QIM (Quantization Index Modulation，量化索引調(diào)制）方法。利用該類方法進行信息隱藏時，首先對矢量量化碼本進 行分組，然后根據(jù)秘密信息是1或者〇在不同的分組碼本中選擇量化碼字達到嵌入秘密信 息比特的目的。該類方法對載體信號的失真、信息嵌入率和抗干擾性作了有效的平衡，非常 適合在數(shù)字媒體的壓縮編碼過程中進行信息隱藏。其中，基于LPC-Q頂?shù)男畔㈦[藏方法具 有較大的應用價值。由于當前眾多的VoIP常用語音編碼器，如G. 729、G. 723. l、iLBC等，都 采用了包含矢量量化步驟的LPC (Linear Predictive Coding,線性預測語音編碼）技術(shù)。 因此基于LPC-QM的信息隱藏方法具有失真小、通用性好等特點。
[0004] 線性預測技術(shù)是現(xiàn)代語音信號處理中最核心的技術(shù)之一，在語音編碼、分析、識別 等方面都有著廣泛的應用。線性預測編碼是線性預測技術(shù)與語音編碼結(jié)合的產(chǎn)物。編碼 時依據(jù)語音信號的短時平穩(wěn)特性，首先將其分割為時長較短的幀，然后再對每一幀進行LPC 分析。LPC分析的基本思想是找出一組最優(yōu)的LPC合成濾波器系數(shù)，使得一個語音信號的樣 本能夠用過去若干個樣本的線性組合來逼近。通過LPC分析獲得最優(yōu)的濾波器系數(shù)后，需 要使用矢量量化技術(shù)進行編碼。在這些系數(shù)的矢量量化過程中，可以方便地使用量化索引 調(diào)制技術(shù)進行信息隱藏。然而，使用QM進行信息隱藏時，將不可避免的改變碼字分布的某 些統(tǒng)計特性。如果對LPC碼字的改變幅度太大，則碼字分布的統(tǒng)計特性的變化很容易被察 覺，從而導致算法被破解。因此，在LPC-Q頂過程中如何提高嵌入效率，即在提供同等嵌入 容量的前提下盡可能的減少對碼字的修改，成為一個重要的研究課題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中的線性預測編碼方法嵌入效率低的缺陷，從而 提供一種具有較高嵌入效率的信息隱藏方法以及相應的提取方法。
[0006] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法，包 括：
[0007] 步驟1)、將線性預測語音編碼碼流中所有能夠利用QM進行嵌入的位置視為一個 信息隱藏空間，將該信息隱藏空間用矩陣A表示；
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法，包括： 步驟1)、將線性預測語音編碼碼流中所有能夠利用QIM進行嵌入的位置視為一個信息 隱藏空間，將該信息隱藏空間用矩陣A表示；
其中，η表示語音編碼碼流中所包含的幀數(shù)，m表示每幀所包含的嵌入位置； 步驟2)、根據(jù)所需安全等級選擇嵌入率； 步驟3)、對步驟1)所得到的用于表示信息隱藏空間的矩陣A進行分塊，得到分塊矩 陣；
其中，所得到的每個子塊為（pXm)階矩陣，p為一預先設定值： 步驟4)、根據(jù)預先設定值p和步驟2)確定的嵌入率生成密鑰Key，根據(jù)所述密鑰Key 從步驟3)所劃分的每個子塊中抽取i幀作為待嵌入的幀，生成待嵌入矩陣B :
步驟5)、對步驟4)所得到的待嵌入矩陣B進行分塊，得到B=臥B2 ... Bt]T，分塊后 所得到的子塊為最小嵌入單元C ; 其中，分塊后所得到的每個子塊為（qXm)階矩陣，q為預先設定值，代表了所述最小嵌 入單元的大小； 步驟6)、根據(jù)步驟4)中所確定的密鑰Key，在步驟5)所得到的各個最小嵌入單元中選 擇嵌入模式，每種嵌入模式對應一種待嵌入序列的抽取方式，由此得到一個或多個待嵌入 序列（Cl，c 2, . . .，(^)，每個待嵌入序列均含有若干個嵌入位置； 步驟7)、在步驟6)所得到的待嵌入序列的基礎上，結(jié)合矩陣編碼和QIM方法實現(xiàn)對秘 密信息的隱藏。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，在所述的 步驟6)和步驟7)之間還包括： 當信道狀況欠佳時，對所要隱藏的秘密信息做RA編碼。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟4)包括： 步驟4-1)、根據(jù)p值確定logistic映射初值Xd，X。和p滿足= p/N，其中N為大于 P的整數(shù)； 步驟4-2)、根據(jù)步驟2)確定的嵌入率選取適當?shù)摩讨狄詽M足3. 5699456 < μ < 4， 從而得到密鑰（μ，χ。）； 步驟4-3)、根據(jù)步驟4-2)得到的密鑰（μ，xj產(chǎn)生對應的y序列（yp y2, . . .，yp+33)，從 y序列中選擇序列（y34, y35,...，yp+33)作為嵌入位置選擇序列，根據(jù)所述嵌入位置選擇序列 從矩陣A的每個分塊矩陣中抽取i幀作為待嵌入的幀，生成待嵌入矩陣B。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟6)包括： 步驟 6-1)、根據(jù)密鑰 Key(y，xQ)生成 y 序列（y^ y2, · · · , yp+33); 步驟6-2)、從所述y序列選取若干位，作為嵌入模式的選擇依據(jù)；在確定嵌入模式后， 即可得到待嵌入序列。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，所述嵌入 模式包括八種，每種嵌入模式都對應著一種從矩陣C中抽取待嵌入序列的方式；其中， 使用嵌入模式〇時，矩陣C中每行都作為一個待嵌入序列，按照從左到右的方式進行抽 取；使用嵌入模式1時，矩陣C中每列都作為一個待嵌入序列，按照從上到下的方式進行抽 ??；使用嵌入模式2時，由矩陣C中左上角開始每行首尾相連，按照從左到右的順序連成一 個待嵌入序列；使用嵌入模式3時，由矩陣C中左上角開始每列首尾相連，按照從上到下的 順序連成一個待嵌入序列；使用嵌入模式4時，由矩陣C中左上角開始按照上右對角線方向 連成一個待嵌入序列；使用嵌入模式5時，由矩陣C中右上角開始按照上左對角線方向連成 一個待嵌入序列；使用嵌入模式6時，矩陣C被分為上下兩部分，按照從左到右的順序連成 兩個待嵌入序列；使用嵌入模式7時，矩陣C被分為左右兩部分，按照從上到下的順序連成 兩個待嵌入序列。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，所述步 驟7)包括： 步驟7-1)、計算1 = 1_1〇士</7+1)」，令n' = 2k-l ;其中，η為待嵌入序列c = (Ci, c2,...， cn)的序列長度，k為秘密消息序列u = (Ul，u2,. . .，uk)的序列長度； 步驟7-2)、求得生成矩陣
其中
步驟7-3 )、根據(jù)：
d求得d ;假設d =

其中，?表示對η'個量進行連續(xù)異或運算； 7 = 1 步驟7-4)、為使d中所有元素均為0,只需根據(jù)
找出C中需要修改的元素 c"即可得到嵌入后的數(shù)據(jù)V
其中，η:表不取反操作。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的線性預測語音編碼的信息隱藏方法，其特征在于，當信道狀 況欠佳時，對所要隱藏的秘密信息做RA編碼包括： 步驟a-Ι )、假設秘密信息序列為u = (Ul，u2,. . .，uk)，關(guān)聯(lián)影響區(qū)域的最大長度為Ν，根 據(jù)不同的嵌入模式求得對應的N值；然后對u進行分組，每組長度為N，以組為單位進行重 復和交織后可以得到序歹
步驟a-2)、利用轉(zhuǎn)移函數(shù)為ΙΛΙ+D)的遞歸卷積編碼器對序列u'進行編碼，假設輸出 結(jié)果為 y = (y:，y2,...，ykq)，則 u'和 y 滿足式（1〇);
ι ?ο
8. -種對權(quán)利要求1所述的信息隱藏方法所隱藏的信息加以提取的方法，包括： 步驟201)、根據(jù)密鑰Key得到p、載體幀位置和塊內(nèi)嵌入模式； 步驟202)、將載體幀攜帶的QM信息記錄下來，根據(jù)塊內(nèi)選擇模式及q值得到待提取序 列； 步驟203 )、進行矩陣編碼的解碼操作，得到秘密信息。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的信息提取方法，其特征在于，在所述的步驟203)中，在進行解 碼操作時，對待提取序列進行以下計算，獲得秘密信息u= (Ul，u2，...，uk);
其中，?表示對η個量進行連續(xù)異或運算；Ci表示步驟b)中得到的待提取序列中的數(shù) ζ·=1 據(jù)，hi;j表示生成矩陣中的元素。
10. -種對權(quán)利要求2所述的信息隱藏方法所隱藏的信息加以提取的方法，包括： 步驟301)、根據(jù)密鑰Key得到p、載體幀位置和塊內(nèi)嵌入模式； 步驟302)、將載體幀攜帶的QIM信息記錄下來，根據(jù)塊內(nèi)選擇模式及q值得到待提取序 列； 步驟303)、進行矩陣編碼的解碼操作，對解碼操作的結(jié)果做RA譯碼，得到秘密信息。
【文檔編號】G10L19/018GK104064193SQ201310091297
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2013年3月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月21日
【發(fā)明者】李松斌, 劉鵬, 戴瓊興, 鄧浩江 申請人:中國科學院聲學研究所