[发明专利]基于参数修正的语音信息隐藏算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网络电话安全技术，尤其是针对语音信息隐藏，可以有效的保护了用户隐私和信息安全。

技术背景

随着人类社会高速步入信息化，互联网逐渐成为人们生活中不可或缺的一部分。网络的广泛普及对通信方式产生了重要影响，VoIP(Voice over Internet Protocol)是众多通信技术中的一种，并且已经对传统的PSTN(Public Switched Telephone Network)业务形成了强有力的冲击。VoIP提供的业务涵盖语音、传真、视频、数据等诸多服务，并且已经形成了统一标准，具有廉价、易用、易部署、传输质量好的优点，因此越来越多的用户开始尝试使用这种全新的通信方式。VoIP作为一种互联网通信技术，同样也面临着隐私泄露的巨大风险。为了解决VoIP中隐私泄露等问题，语音信息隐藏技术逐渐被应用到VoIP中。

信息隐藏的主要领域包括基础理论研究、应用基础研究和应用技术研究三个方面，虽然其研究热点主要集中在应用研究上，但是在基础理论研究上国内外专家学者也取得了丰硕的成果。Wu等人在G.711编码语音流中根据能量值分布使用最不重要位(Least Significant Bits，LSB)替换算法嵌入隐秘信息，容量达到20kbps，取得了较好的隐藏效果和语音质量，符合隐蔽通信的需求。Ma等人在G.721编码语音流中使用合成分析(Analysis By Synthesis，ABS)方法嵌入隐秘信息，编码过程和嵌入过程同步进行，获得了较好的语音质量，隐藏容量达到1.6kbps。Wang等人提出了使用LSB算法在VoIP语音流中做实时嵌入的方法，实验结果表明隐秘信息嵌入的处理时延保持在0.257ms左右，适用于VoIP等实时语音通信应用。Cao等人为了克服单纯的加密手段带来的弊端，在G.729中结合LSB替换算法和数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)算法实现了一款安全的语音通信系统。该系统采用智能嵌入位选择算法，克服了压缩语音冗余信息少的缺点，获得了良好的隐蔽性和较高的隐秘信息传输速度。

经典语音信息隐藏算法大致可以分为三类：时域隐藏算法、变换域隐藏算法和基于量化索引调制(Quantization Index Modulation，QIM)的隐藏算法。时域隐藏算法是在时域上直接将隐秘信息嵌入到载体信号中，该算法实现简单，隐藏容量大，但是隐藏过程中直接修改载体信号必然会造成载体信号的失真，增大了接收端提取隐秘信息的难度。变换域隐藏算法是在载体信息的变换域中做信息隐藏。变换域信息隐藏算法能较好的抵抗各种基于信号处理的攻击，同时也保持了人耳对隐秘信息的不可察觉性。但是语音信号映射到变换域需要大量的基于信号处理的运算，直接导致了算法的运算复杂度高，对语音信号的实时性产生影响。同时变换域隐藏算法的强鲁棒性是以减小容量为代价的，因此，该算法的隐藏容量较小。基于量化索引调制的信息隐藏算法将原始量化码本进行分组，当嵌入不同的隐秘信息时搜索不同的码本组，得到含有“特殊”含义的码本索引。该方法广泛应用于各种以数字媒体作为隐藏载体的信息隐藏算法中，表现出良好的隐藏性能，但是该算法普适性较差，只能应用于编码过程和原理相似的编码器。

语音信息隐藏技术利用载体语音中的冗余空间嵌入隐秘信息，但语音信号经过iLBC编码器压缩编码后可利用的冗余空间变少，加大了隐秘信息嵌入的难度，同时，由于人耳对声音变化比较敏感，这对隐秘信息的安全性提出了更高的要求。因此，在低速率编码流中，实现大容量和高隐蔽性的语音信息隐藏是一项富有挑战性的研究工作。

发明内容

本发明中针对LSB替换算法的缺陷，改变嵌入粒度，提出一种采用次优替换的思想进行信息隐藏的算法，从而保护用户的隐私和信息安全。

LSB替换算法中最重要的一步是LSB的探测，如Guo等人对G.729a编码器产生的80bit负载信息进行了逐位探测，最后选定其中部分对载体信息影响较小的比特位作为最不重要位。利用该思想，探测每个参数对语音质量的影响，对选定参数进行二进制化后置反，并保持其他参数不变，最后根据语音质量的变化确定LSP。根据PESQ对LSP的探测结果进行评价，测算结果如表1所示。

表1 LSP探测结果