[發明專利]一種線性預測語音編碼的信息隱藏方法與提取方法

有效

• 申請號: 201310091297.2
• 申請日: 2013-03-21
• 公開（公告）號: CN104064193A
• 公開（公告）日: 2014-09-24
• 發明（設計）人: 李松斌;劉鵬;戴瓊興;鄧浩江
• 申請（專利權）人: 中國科學院聲學研究所
• 主分類號: G10L19/018
• 分類號: G10L19/018
• 代理公司: 北京法思騰知識產權代理有限公司 11318
• 代理人: 楊小蓉;楊青

技術領域

本發明涉及數據通信領域，特別涉及一種線性預測語音編碼信息隱藏方法。

背景技術

信息技術的不斷發展給人們生活帶來了便利，但同時也帶來了信息認證、版權保護、秘密通信等諸多問題。信息隱藏技術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。

隨著網絡帶寬的持續增長，以及有線與無線網絡的融合，基于互聯網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超過了固網長途電話流量，網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質載體。由于語音一般要經過壓縮編碼后再通過網絡進行傳輸，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據進行了高效壓縮，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，然后根據秘密信息是1或者0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，非常適合在數字媒體的壓縮編碼過程中進行信息隱藏。其中，基于LPC-QIM的信息隱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.723.1、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。因此基于LPC-QIM的信息隱藏方法具有失真小、通用性好等特點。

線性預測技術是現代語音信號處理中最核心的技術之一，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與語音編碼結合的產物。編碼時依據語音信號的短時平穩特性，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的LPC合成濾波器系數，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分析獲得最優的濾波器系數后，需要使用矢量量化技術進行編碼。在這些系數的矢量量化過程中，可以方便地使用量化索引調制技術進行信息隱藏。然而，使用QIM進行信息隱藏時，將不可避免的改變碼字分布的某些統計特性。如果對LPC碼字的改變幅度太大，則碼字分布的統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-QIM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。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術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。

為了實現上述目的，本發明提供了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，n表示語音編碼碼流中所包含的幀數，m表示每幀所包含的嵌入位置；

步驟2）、根據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；

A＝[A₁ A₂ ... A_j]^T

其中，所得到的每個子塊為(p×m)階矩陣，p為一預先設定值：

步驟4）、根據預先設定值p和步驟2）確定的嵌入率生成密鑰Key，根據所述密鑰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＝[B₁ B₂ ... B_t]^T，分塊后所得到的子塊為最小嵌入單元C；