[發明專利]一種基于符號位自適應嵌入的MP3音頻信息隱藏方法和系統

有效

• 申請號: 201811532427.0
• 申請日: 2018-12-14
• 公開（公告）號: CN109448744B
• 公開（公告）日: 2022-02-01
• 發明（設計）人: 楊云朝;楊坤;易小偉;趙險峰;于海波
• 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

1.一種基于符號位自適應嵌入的MP3音頻信息隱藏方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)提取MP3音頻的大值區和小值區中符合條件的QMDCT系數的符號位，作為秘密信息嵌入的載體；

2)依據QMDCT系數的修改幅度和心理聲學模型中的人耳聽覺閾值，計算每一個可嵌入位置的修改代價；

3)根據每一個可嵌入位置的修改代價，利用STC編碼選擇失真最小的嵌入路徑，通過修改QMDCT系數的符號位完成秘密信息的嵌入；

其中，步驟1)包括：

1.1)對MP3載體音頻進行解碼，提取出每個顆粒的大值區和小值區中絕對值小于等于閾值T的非零QMDCT系數x_j的符號位C_i；

1.2)如果x_j大于零且絕對值小于T，則符號位C_i等于0；如果x_j小于零且絕對值小于T，則符號位C_i等于1；如果系數不符合嵌入條件則跳過，繼續遍歷下一個系數；

1.3)將大值區與小值區的符號位進行拼接，得到只包含0和1的二進制比特串C，作為秘密信息嵌入的載體；

其中，步驟2)采用下式計算可嵌入位置的修改代價：

其中，x_j表示QMDCT系數；d_j表示系數值的修改幅度；t_j表示絕對聽覺閾值；σ是常數以確保(t_j+σ)大于1；對數運算起平滑作用。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟1)通過設置閾值的方式控制嵌入秘密信息時選用的QMDCT系數的范圍，以避免對絕對值大的QMDCT系數進行修改而造成嚴重的感知失真。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)中STC編碼根據可嵌入位置的修改代價，自適應的選取最優嵌入路徑將部分秘密信息嵌入到符號位比特向量中，并且使得嵌入總失真最小，得到載密的符號位比特向量。

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，步驟3)將步驟1)提取的QMDCT系數的符號位和步驟2)計算的修改代價使用相同的置亂算法和置亂密鑰進行置亂，使得嵌入點的代價能夠均勻分布，然后使用STC編碼進行秘密信息的嵌入，然后使用逆置亂算法和置亂密鑰進行逆置亂。

5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，秘密信息嵌入完成后，根據逆置亂得到的結果重新分配音頻QMDCT系數的符號位，并繼續進行MP3編碼，得到載密音頻。

6.根據權利要求4所述的方法，其特征在于，采用以下步驟提取秘密信息：

(1)將MP3載體音頻進行解碼，提取出每個顆粒的大值區和小值區中絕對值小于等于閾值的非零QMDCT系數的符號位；如果系數不符合條件，繼續提取下一個系數的符號位；最后得到載密QMDCT系數符號位二進制比特串S；

(2)利用與嵌入操作過程中一致的置亂算法和置亂密鑰，對S進行置亂，得到載密符號位二進制比特串S′；

(3)根據載密符號位二進制比特串S′，利用STC解碼提取出秘密信息二進制比特串。

7.一種采用權利要求1～6中任一權利要求所述方法的基于符號位自適應嵌入的MP3音頻信息隱藏系統，其特征在于，包括：

符號位提取模塊，負責提取MP3音頻的大值區和小值區中符合條件的QMDCT系數的符號位，作為秘密信息嵌入的載體；

修改代價計算模塊，負責依據QMDCT系數的修改幅度和心理聲學模型中的人耳聽覺閾值，計算每一個可嵌入位置的修改代價；

秘密信息嵌入模塊，負責根據每一個可嵌入位置的修改代價，利用STC編碼選擇失真最小的嵌入路徑，通過修改QMDCT系數的符號位完成秘密信息的嵌入。

8.根據權利要求7所述的系統，其特征在于，還包括秘密信息提取模塊，負責采用以下步驟提取秘密信息：

(1)將MP3載體音頻進行解碼，提取出每個顆粒的大值區和小值區中絕對值小于等于閾值的非零QMDCT系數的符號位；如果系數不符合條件，繼續提取下一個系數的符號位；最后得到載密QMDCT系數符號位二進制比特串S；

(2)利用與嵌入操作過程中一致的置亂算法和置亂密鑰，對S進行置亂，得到載密符號位二進制比特串S′；

(3)根據載密符號位二進制比特串S′，利用STC解碼提取出秘密信息二進制比特串。