[發明專利]基于濾波器相似度的語音LPC隱藏和提取算法

有效

• 申請號: 200810094192.1
• 申請日: 2008-05-08
• 公開（公告）號: CN101577605A
• 公開（公告）日: 2009-11-11
• 發明（設計）人: 吳志軍;楊偉
• 申請（專利權）人: 吳志軍;楊偉
• 主分類號: H04K1/00
• 分類號: H04K1/00;H04L9/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明是一種應用于秘密語音實時通信的保密通信系統中的核心算法。該發明可以加載 到通用語音信號處理模塊上，通過公共交換通信網絡(公共交換電話網絡PSTN、視頻會議網 絡、VoIP網絡或移動通信GSM和CDMA網絡)進行秘密語音的實時隱蔽通信。該發明屬于計 算機技網絡安全領域信息隱藏(Information?Hiding)技術領域。

背景技術

自從1996年召開第一次信息隱藏技術的國際會議以來，信息隱藏的理論、方法和應用研 究越來越廣泛地受到重視。隨著信息隱藏技術的不斷發展，它作為一種新興的信息安全技術 已經被許多應用領域所采用。目前，對于信息隱藏的應用大多集中在數字產品的著作權保護 方面(或稱為數字水印)研究，文本、圖像、語音信號、視頻信號和應用軟件等多種的媒體 均為研究中使用的載體信號。其中，研究最多的是有關各種格式圖像中的信息隱藏和水印技 術。針對語音信號的信息隱藏算法。現有算法大多利用了人類聽覺系統HAS(Human?Auditory? System)的各種生理和心理的特性。目前，已有的語音信息隱藏算法主要有四種：最低有效 位LSB(Least?Significant?Bit)方法、相位編碼法、頻譜變換法和回聲隱藏法。

這四種信息隱藏算法的共同特性是對原始載體語音進行處理、嵌入，然后在處理后的復 合語音中提取嵌入信息。而語音經過語音壓縮編碼后，特別對于中、低速率的語音編碼方案 而言，只是保留了對人的聽覺最為重要的特征信息。合成后的語音和原始的語音在波形，以 及其他特征上有一定的差別。假如，秘密數據嵌入到原始語音中，然后進行編碼、傳輸和合 成操作后，從合成重構的語音中提取秘密信息是十分困難的。因此，難以直接應用于在數字 語音中進行信息隱藏。另外，本發明進行語音隱藏的目的是將秘密語音加密、隱藏在公開的 語音中用以安全地進行秘密語音的通信。為此，必須選擇隱藏容量大的嵌入算法，滿足實時 語音通信的需求。

發明內容

本發明是以語音媒體為載體對象的語音信息隱藏和提取，利用信息隱藏具有的信息隱匿 特性，結合語音編碼的特點，設計語音信息隱藏和提取算法，建立語音閾下信道(Subliminal? Channel)，進行秘密語音信息的隱蔽和實時傳送。

傳統的基于LPC(Linear?Predictive?Coding)的分析一合成ABS(Analysis-by-Synthesis) 編碼方法中，所有的參數都是逐幀傳送的。這種做法的缺點有兩個：

(1)沒有考慮到語音中的濁音信號在產生過程中，聲道特性變化緩慢這一特點。因此， 從編碼的角度考慮就是如何利用這一特點，進一步降低語音信號中的冗余度和碼率；而從信 息隱藏的角度考慮就是如何利用這個特點進行秘密信息的隱藏。

(2)在基于LPC的分析-合成ABS編碼方法中，對于表示合成濾波器的LPC系數采用矢量 量化的方法，這種量化方法可以大大減小表示LPC系數的比特數。但是，在傳統的方法中， 其碼本設計是對所有的語音樣本的LPC矢量進行整體設計，得到一個單一的碼本。這樣做沒 有考慮到不同語音段的特點，不但量化效率受到限制，而且碼本一般較大，需要較大的存儲 空間和較大的搜索量。

因此，本發明提出的基于濾波器相似性(Filter?Similarity)的語音LPC信息隱藏和提取算 法就是利用基于LPC的分析-合成ABS編碼方法中的這兩個缺點，針對以下的關鍵問題進行 研究：

第一，利用各語音段的不同特性，對LPC系數分類，針對不同類型的LPC系數分別進行矢 量量化，構成不同的矢量量化碼本，以減小存儲量和搜索量，并提高量化效率。

第二，利用濁音語音段的聲道特征變化緩慢的特點，找到相近幀之間的相似性；

本發明根據分析-綜合ABS語音編碼的特點，選擇不同的語音編碼方案(例如：G.721、 G.728、G729和GSM)作為公共語音載體，以MELP2.4K方案為秘密語音，設計基于濾波器相 似性的語音LPC信息隱藏和提取算法。本發明的主要內容為：

1、提出了濾波器相似度的概念，并給出了濾波器相似應的定義及定量計算方法。濾波器 的相似度可以比較好的表現不同幀的語音信號間的相似性。對于兩個相似度較大的濾波器， 用相同的激勵信號去激勵它們的時候，所得的輸出波形也很相似。而對于聲音特征變化比較 緩慢的濁音發音，其相近鄰幀波形的變化主要反映在激勵信號上，往往它們的合成濾波器有 較大的相似性；