[發(fā)明專利]基于修改最低有效位數(shù)權(quán)重的語音內(nèi)容認(rèn)證和篡改恢復(fù)方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201711154980.0
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107993669B
• 公開（公告）日: 2021-04-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王宏霞;錢清;崔允賀
• 申請（專利權(quán)）人: 西南交通大學(xué)
• 主分類號: G10L19/018
• 分類號: G10L19/018
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務(wù)所(普通合伙) 51245
• 代理人: 崔建中

1.基于修改最低有效位數(shù)權(quán)重的語音內(nèi)容認(rèn)證和篡改恢復(fù)方法，其特征在于，包括：

水印生成及嵌入步驟，包括：

1.1將原始語音S分為I幀，每幀語音包含J個采樣點(diǎn)，記第i幀信號為f_i＝{f_i,1,f_i,2,...,f_i,j,...,f_i,J}，其中i＝1,…,I；

1.2采用語音壓縮編碼算法，依次對每幀語音f_i進(jìn)行編碼，得到壓縮后的語音幀信號cs_i；所有壓縮后的語音幀信號記為cs＝{cs₁,cs₂,...,cs_i,...,cs_I}；

1.3位置映射：通過密鑰k₁生成用于置亂的I個位置編號p＝{p₁,p₂,...,p_i,...,p_I}，并對壓縮后的語音幀信號cs按照下式依次進(jìn)行位置映射，映射后的壓縮語音幀信號記為cs'＝{cs₁',cs'₂,...,cs_i',...,cs'_I}，

1.4將每一幀語音信號f_i＝{f_i,1,f_i,2,...,f_i,j,...,f_i,J}的各個采樣點(diǎn)按照下式進(jìn)行處理，得到處理后的語音幀信號f_i’＝{f_i,’₁,f_i,’₂,...,f_i,’_j,...,f_i,’_J}；接著，f_i’經(jīng)Hash函數(shù)運(yùn)算，用于生成驗(yàn)證第i段語音幀是否被篡改的校驗(yàn)信息cc_i，

cc_i＝Hash(f_i')；

1.5每一幀的水印信息包含三個部分：映射后的壓縮語音幀信號cs_i′、語音幀號i以及校驗(yàn)信息cc_i，將三者拼接合成水印信息w_i＝(w_i,1,w_i,2,...,w_i,m,...,w_i,M)；

1.6對每一幀語音信號f_i進(jìn)行分段處理，每段長度為N，共分為個語音片段，并記第m個語音片段為x_m；

1.7采用修改最低有效位數(shù)權(quán)重的水印嵌入方案依次將水印信息w_i,m嵌入到對應(yīng)語音片段x_m中；

1.8合并所有含水印語音幀，得到最終含水印的語音信號S’；

所述修改最低有效位數(shù)權(quán)重的水印嵌入方案為，包括步驟：

2.1設(shè)原始語音片段采樣信號x＝{x₁,x₂,...,x_n,...,x_N}，水印信息為w，w∈[0,2^N-1]；

計(jì)算原始語音片段采樣信號x的最低有效位數(shù)y＝{y₁,y₂,…,y_n,…,y_N}，其中

y_n＝|x_n|mod 10；

2.2通過原始語音片段采樣信號x的最低有效位數(shù)值y計(jì)算該片段的權(quán)重c，其取值范圍為[0,2^N-1]，

2.3計(jì)算各個原始語音片段采樣信號x的權(quán)重c與待嵌入水印信息w的差值，并將其轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制序列d＝{d₁,d₂,...,d_n,...,d_N}，此二進(jìn)制序列長度與原始語音片段采樣信號x的長度N相等，

d＝(|c-w|)₂；

2.4采用以下公式得到含水印信息的最低有效位數(shù)y'＝{y₁',y'₂,...,y'_n,...,y'_N}，

2.5將含水印信息的最低有效位數(shù)y’分別與原始語音片段采樣信號x中的采樣點(diǎn)按照如下方式相結(jié)合，得到含水印信息的語音片段采樣信號x’＝{x₁',x'₂,...,x'_n,...,x'_N}，

語音內(nèi)容認(rèn)證和篡改恢復(fù)步驟：

3.1設(shè)待檢測語音信號為S′，從第一個采樣點(diǎn)開始選擇連續(xù)的J個樣本作為一幀語音信號f；

3.2按照步驟1.4生成校驗(yàn)信息的方式，重構(gòu)語音信號f的校驗(yàn)信息cc；

3.3對每一幀語音信號f，按照步驟1.6的方式進(jìn)行分段處理，記第m個語音片段采樣信號為z_m＝{z_m,1,z_m,2,...,z_m,n,...,z_m,N}；

3.4按照步驟2.1的方式計(jì)算各個語音片段采樣信號z_m的最低有效位數(shù)y＝{y₁,y₂,…,y_n,…,y_N}，并計(jì)算各個語音片段采樣信號z_m的權(quán)重，得到提取的水印信息w_m，

所述水印信息w_m中包含映射后的壓縮語音幀信號tcs，語音幀號n以及校驗(yàn)信息cc’；

3.5比較重構(gòu)的校驗(yàn)信息cc和提取的校驗(yàn)信息cc’；若兩者完全相等，則斷定當(dāng)前所選采樣點(diǎn)所構(gòu)成的語音幀為完整未被篡改的語音幀；此時，得到并記錄未被篡改的語音幀信號f_n、未被篡改的語音幀號n以及嵌入的壓縮信號cs_n；移動J個樣本點(diǎn)，并選擇連續(xù)的J個樣本點(diǎn)作為新的一段語音幀并進(jìn)行完整性認(rèn)證；反之，若兩者不相等，則當(dāng)前所選語音幀中第一個采樣點(diǎn)遭受篡改，隨后移動一個采樣點(diǎn)并選擇后續(xù)的J個樣本點(diǎn)作為新的一段語音幀，并進(jìn)行新一輪的校驗(yàn)；依次重復(fù)對選擇的語音幀進(jìn)行認(rèn)證，直到對待檢測語音中所有采樣點(diǎn)驗(yàn)證完成；

3.6待檢測語音中所有采樣點(diǎn)驗(yàn)證完成后，若記錄的未被篡改的語音幀號n不是連續(xù)的整數(shù)，則通過查找n中所缺失語音幀號的數(shù)量及位置確定被篡改語音幀的數(shù)量eN以及對應(yīng)被篡改語音幀的位置eI；

3.7當(dāng)eN等于零時，判定語音信號未被篡改，檢測結(jié)束；反之，當(dāng)被篡改語音幀的數(shù)量eN大于零時，判定待檢測語音信號已經(jīng)被篡改，并根據(jù)水印生成及嵌入步驟中的密鑰k₁獲得用于逆置亂壓縮信號tcs對應(yīng)的位置編號p，并通過得到的序列p對得到的壓縮語音幀信號tcs進(jìn)行位置逆置亂以得到未被置亂前各段語音幀對應(yīng)的壓縮信號cs*；隨后采用所述語音壓縮編碼對應(yīng)的解碼方式對得到的壓縮信號cs*進(jìn)行解碼重構(gòu)原始語音信號S*；根據(jù)被篡改語音幀的位置eI，利用重構(gòu)語音信號S*中對應(yīng)位置的語音幀采樣點(diǎn)替換待檢測語音S′中被篡改語音幀中的采樣點(diǎn)，同時保留待檢測語音信號S′中通過認(rèn)證的語音幀f_n，從而得到最終恢復(fù)的語音信號rS。