[發明專利]一種基于等長熵碼字替換的壓縮音頻自適應隱寫方法和系統

有效

• 申請號: 201811067226.8
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109346091B
• 公開（公告）日: 2021-12-14
• 發明（設計）人: 易小偉;楊坤;趙險峰;于海波;劉長軍
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: G10L19/018
• 分類號: G10L19/018
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理有限公司 11200
• 代理人: 邱曉鋒

本發明公開了一種基于等長熵碼字替換的壓縮音頻自適應隱寫方法和系統。本方法的信息嵌入部分為：建立哈夫曼碼字映射表，生成可相互替換的哈夫曼碼字對，根據映射表將音頻幀中大值區的可用哈夫曼碼字映射成比特串，并計算每個比特的修改代價；利用STC編碼將秘密信息嵌入到哈夫曼碼字映射成的比特串中，得到載密二進制串；根據哈夫曼碼字映射表將載密比特串逆映射成原始的哈夫曼碼字，得到載密哈夫曼碼字序列。信息提取部分根據哈夫曼碼字映射表將音頻幀大值區中可隱寫碼字映射成二進制比特串，利用STC解碼從二進制比特串中提取秘密信息。本發明的隱寫方法與現有方法相比具有更高的安全性、更大的隱寫容量和更高的嵌入速率。

技術領域

本發明涉及一種信息隱藏技術，尤其是涉及一種以MP3等壓縮音頻為載體的信息自適應嵌入及提取的方法和系統。

背景技術

隨著互聯網信息技術的迅速發展，信息安全問題日益嚴重，已經成為當前社會的熱點，并引起學術界的重視。隱寫術是確保信息安全傳輸、實現隱蔽通信的重要方法，是信息安全領域的重要分支。隱寫術主要是通過隱藏通信行為實現秘密信息的安全傳輸，它將秘密信息嵌入到數字媒體文件，如音視頻、圖像和文檔，并且不會引起原始載體的視覺和聽覺上的感知失真，使秘密信息在不引起第三方注意的情況下完成傳遞。

音頻作為最常見的多媒體形式之一，是一種良好的信息隱藏載體。目前，已有多種音頻隱寫方法適用于時域音頻和壓縮域音頻。由于時域音頻需要較大的存儲空間和傳輸帶寬，給存儲和傳播帶來挑戰，因此互聯網上的音頻多數以MP3和AAC等壓縮格式存在。鑒于壓縮格式音頻的廣泛傳播和使用，以壓縮格式音頻為載體的隱寫算法具有較大的實用價值。壓縮域音頻隱寫算法已經逐漸成為音頻隱寫的研究重點。英國劍橋大學的Petitcolas開發的MP3Stego成為最經典、使用最廣泛的MP3隱寫軟件之一。MP3Stego算法通過調整量化編碼塊長度的奇偶性來實現信息嵌入。嚴迪群等人為解決MP3Stego算法在低碼率嵌入下的死循環問題，提出了改進的基于量化步長奇偶性的隱寫方法(參考文獻：嚴迪群.壓縮域音頻隱寫與隱寫分析中若干問題的研究[D].寧波大學,2012)。此外，嚴迪群等人還提出了基于碼字替換的大容量隱寫算法(參考文獻：Yan D Q,Wang R D,Zhang L G.A high capacityMP3steganography based on Huffman coding[J].Journal of Sichuan University,2011,48(6):1281-1286)。張垚等人提出了直接修改小值區哈夫曼碼字的隱寫算法(參考文獻：張垚,潘峰,申軍偉.基于MP3的后置式自適應隱寫算法[J].計算機科學,2016,43(8):114-117)和基于哈夫曼碼表索引的隱寫算法(參考文獻：張垚,潘峰,申軍偉.基于MP3的內嵌型自適應隱寫算法[J].計算機工程與設計,2016,37(6):1537-1542)。董亞坤提出了基于符號位修改的MP3隱寫算法和基于linbits位修改的MP3隱寫算法(參考文獻：董亞坤.基于MP3的信息隱藏技術研究[D].北京郵電大學,2015)。相關的發明專利主要包括：中國發明專利CN103106901B提出了基于音頻顆粒索引值的MP3隱寫方法；中國發明專利CN102097098A提出了以窗口類型切換規則為依據的壓縮域音頻隱寫方法；中國發明專利CN106228981A提出了一種直接修改頻域量化系數的MP3自適應隱寫算法。

經分析，已有針對MP3的隱寫算法存在安全負載率低和抗檢性差等問題。例如，針對MP3Stego等算法的檢測正確率已經能達到90％以上(參考文獻：陳益如,王讓定,嚴迪群.基于Huffman碼表索引的MP3Stego隱寫分析方法[J].計算機工程與應用,2012,48(9):124-126；王讓定,羊開云,嚴迪群,等.一種針對MP3Stego隱寫后的音頻的隱寫檢測方法,CN104282310A[P].2015)。

發明內容

針對現有MP3等壓縮音頻隱寫方法容量低和安全性差等問題，本發明提出了一種基于等長熵碼字替換的壓縮音頻自適應隱寫方法和系統。