[發明專利]一種基于脈沖編碼調制語音編碼的語音流的信息隱藏方法

有效

• 申請號: 201310010004.3
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN103023630A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 徐利洋;魏子令;徐爾茨;劉博;趙寶康;蘇金樹
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: H04L1/18
• 分類號: H04L1/18;H04L1/00;H04M7/00
• 代理公司: 國防科技大學專利服務中心 43202
• 代理人: 郭敏

1.一種基于脈沖編碼調制語音編碼的語音流的信息隱藏方法，其特征在于包括以下步驟：

第一步，構建通信系統，通信系統由進行語音通話的雙方構成，通信的雙方將隱秘信息隱藏在語音流中完成信息傳輸，通信的雙方均由發送端和接收端兩大軟件模塊組成，發送端將要發送的信息插入到發送給對方的語音流中，接收端從對方發送端接收語音流，從語音流中提取出隱秘信息；

第二步，構建4個信息傳輸通道，利用G.711μ-law即μ制脈沖編碼調制語音編碼中編號為0~3的模式的可利用插入位置構建多個信息傳輸通道，編號為0的模式的可利用插入位置為wxyz，編號為1的模式的可利用插入位置為xyz，編號為2的模式的可利用插入位置為yz，編號為3的模式的可利用插入位置為z，構建信息傳輸通道需要確定用于信息傳輸的模式集合M和插入位置P，具體方法為：模式0~3即編號為0~3的模式編碼值的z位構成0號信息傳輸通道，模式0~2即編號為0~2的模式編碼值的y位構成1號信息傳輸通道，模式0~1即編號為0~1的模式編碼值的x位構成2號信息傳輸通道，模式0即編號為0的模式編碼值的w位構成3號信息傳輸通道；

第三步，設計信息封裝格式，信息封裝格式由隱秘信息、幀頭標志、幀長度、編號、校驗碼組成，幀頭標志字段由雙方通信的幀格式決定，指明新的一幀的開始；幀長度字段表示整個信息幀的比特數；編號字段是數據幀的標識，為接收方將分割后的數據重組提供順序，同時提供區分不同類型數據幀的依據，編號為0代表信息正確接收的數據確認幀，編號為-1代表通道閑置時的通道檢測幀；隱秘信息字段是要傳送的秘密信息；校驗碼字段是將幀長度、編號和隱秘信息三個部分按照校驗方法計算出的結果；

第四步，發送端和接收端并行進行信息的發送和接收：

4.1發送方的發送端按以下步驟進行信息的發送：

4.1.1對隱秘信息S進行預處理，得到封裝后的信息包S‘₁，S‘₂…S‘_k…S‘_n，方法是：首先將S加密，然后把加密后的S分割成長度為P、單位為比特的n塊信息S₁、S₂…S_k…S_n，再按照信息封裝格式，將小塊信息S_k即隱秘信息和其幀頭標志、幀長度、編號、校驗碼封裝成信息包S‘_k，1≤k≤n；

4.1.2對變量進行初始化：將信息傳輸通道序號C_NOW初始化為3，將變量k初始化為1；

4.1.3將信息包S‘_k插入到語音流L中：從VoIP通話軟件即Voice?over?IP軟件中取出要發送給接收方的語音流L，根據第二步中確定的通道編號與可利用插入位置的關系，找到當前使用的信息傳輸通道C_NOW在L中對應的可利用插入位置，然后將S‘_k逐比特替換這些可利用插入位置即信息插入位，得到L‘；

4.1.4對L‘進行音質動態彌補，得到動態彌補后的語音流L“，方法是：

4.1.4.1從信息插入位的相鄰的w、x、y、z中選擇彌補位：0號信息傳輸通道彌補位為y，1號信息傳輸通道彌補位為x和z，2號信息傳輸通道彌補位為w和y，3號信息傳輸通道彌補位為x；

4.1.4.2實行動態彌補，彌補位可能的值有兩個，分別為0或1，使得彌補位有多種組合方式，如下表：

對于當前使用的信息傳輸通道的彌補位的每一個組合，分別將插入信息后的語音編碼值的彌補位改為該組合，然后與插入信息前的語音編碼值作比較，選出相差最小的組合，將插入信息后的語音編碼值的彌補位改為這個組合得到動態彌補后的語音流L“，所述相差最小是指進行了彌補前后的編碼值的差值的絕對值最小；

4.1.5發送方的發送端將L“提交給VoIP軟件，通過網絡發送給接收方的接收端；

4.1.6等待回復：發送方的接收端檢測是否收到接收方的發送端發送過來的確認數據包，如果在T_R時間內沒有收到確認數據包，轉4.1.7；如果發送方的接收端檢測到成功收到確認數據包，則k=k+1，轉4.1.8；所述T_R根據具體網絡時延決定；

4.1.7向上調整通道：如果發送方的接收端連續N_danger次沒有接收到確認數據包，且如果C_NOW<3，則C_NOW=C_NOW+1，轉4.1.9；N_danger為正整數；

4.1.8向下調整通道：如果發送方連續N_safe次成功發送信息并且沒有發生超時重發，且如果C_NOW>0，C_NOW=C_NOW-1；N_safe為正整數；

4.1.9單次發送結束，發送方檢測是否有數據確認包需要發送，如果有則置S_k'為確認數據包，轉4.1.3；如果k=0，轉4.1.1；如果0<k<n，置k=k+1，轉4.1.3；如果持續時間T_test沒有發送任務，且k≥n，則將S_k'置為通道檢測數據包，轉4.1.3；其余情況在延時1秒后再次執行4.1.9；T_test根據傳輸延遲而定；

4.2接收方的接收端按以下步驟進行信息的接收：

4.2.1接收端從VoIP軟件中獲得對方發送過來的語音流L“，然后按照四個不同通道隱秘信息插入的反向過程，同時提取出四個傳輸通道上的插入位置的數據；

4.2.2接收端對信息進行驗證：按照校驗碼字段所用校驗方法，接收端計算接收到的信息的幀長度、編號和隱秘信息三個部分內容的驗證碼，并和接收到的信息的驗證碼部分進行比對，如果兩者一致則轉4.2.3；否則轉4.2.1。

4.2.3接收端對隱秘信息進行處理：如果編號不為0，則給己方發送端發送命令，要求己方的發送端發送一個以接收到的編號為參數的確認數據幀，轉4.2.4；如果編號為0，則該幀是數據確認幀，給己方的發送端發送以接收到的編號為參數的消息，通知發送端該編號的信息幀成功傳輸，轉4.2.1；

4.2.4接收端將信息合并還原：對于新收到的信息，和之前收到的信息連接，如果收到了一次通信中的最后一個數據包，那么信息連接完畢后進行解密，按照對方發送端加密操作的逆過程還原出對方發送過來的隱秘信息，轉4.2.1。