[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

本發明涉及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。該方法的步驟包括：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。本發明的隱寫方法具有自適應性，通過計算每一個嵌入點的修改代價并結合STC編碼，選擇在失真代價最小的嵌入點來嵌入秘密信息，因此隱蔽性高，具有較高的抗檢測性，并且本發明方法的隱寫容量大。

技術領域

本發明涉及一種針對MP3音頻的自適應隱寫方法和系統，屬于信息隱藏領域，特別涉及秘密信息的隱藏與提取。

背景技術

隱寫術是一種將秘密信息嵌入到圖像和音視頻等多媒體文件，以隱藏通信行為的信息隱藏技術，它能夠保證秘密信息的安全隱蔽傳輸。MP3是當前互聯網使用最廣泛的音頻格式之一，具有文件體積適中、冗余空間大和編碼高效等特點，是一種良好的隱寫載體。

當前，國內外已經提出了一些針對MP3壓縮域的信息隱藏算法。其中，MP3Stego是一款最經典、使用最廣泛的MP3隱寫軟件之一，通過在MP3編碼過程修改量化步長使編碼后塊長度的奇偶性與待嵌入信息保持一致來嵌入信息(參考文獻：Petitcolas F.MP3Stego[EB/OL])。嚴迪群針對編碼標準中哈夫曼碼字時特點，提出了一種借助碼字替換實現的秘密信息隱寫算法，該算法首先對碼表中的碼字進行分類，以保證替換操作不會改變碼流的固定結構(參考文獻：Yan D Q,Wang R D,Zhang L G.A high capacity MP3steganographybased on Huffman coding[J].Journal of Sichuan University,2011,48(6):1281-1286)。張垚等人提出了一種后置式MP3隱寫算法，該算法在小值區Hb碼表中碼字最低比特位嵌入秘密信息，并能夠根據秘密信息和載體長度自適應的選擇嵌入長度(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)。董亞坤提出了一種針對哈夫曼碼字linbits位的改進LSB隱寫算法，并進一步利用解碼塊類型對嵌入位置進行選擇(參考文獻：董亞坤.基于MP3的信息隱藏技術研究[D].北京:北京郵電大學,2015)。楊坤等人提出了基于等長熵編碼替換的MP3自適應隱寫算法，該算法首先對等長碼字進行奇偶分配，將分配后的比特向量作為載體，然后利用心理聲學模型構造代價函數，最后采用STC編碼實現自適應隱寫(參考文獻：Yang K,Yi X W,Zhao X F,etal.Adaptive MP3Steganography Using Equal Length Entropy Codes Substitution[C]//International Workshop on Digital Watermarking.Springer,LNCS 1043,2017:202-216)。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。

但是，上述隱寫方法普遍存在如下不足之處：(1)安全性較弱。利用基于Markov特征對上述非自適應隱寫方法的檢測準確率可以達到80％以上(參考文獻：Jin C,Wang R D,Yan D Q.Steganalysis of MP3Stego with low embedding-rate using Markov feature[J].Multimedia ToolsApplications,2016,76(5):1-16)。(2)隱寫容量低。例如，MP3Stego算法的最大隱寫容量僅有154bps左右(雙聲道、44.1KHz音頻載體)。(3)楊坤等人提出的MP3自適應隱寫算法在隱寫操作之前需要構建碼字映射空間，增加了計算開銷。

發明內容