專利名稱：一種基于線性干擾抵消的語(yǔ)音隱秘通信方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多媒體信息安全技術(shù)領(lǐng)域，還涉及到通信技術(shù)領(lǐng)域中的數(shù)字語(yǔ)音通 信、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。具體地說(shuō)，該發(fā)明是信息安全領(lǐng)域中的一種信息隱藏技術(shù)和數(shù)字語(yǔ) 音水印方法。
背景技術(shù)：
在信息時(shí)代，信息交流變得越來(lái)越頻繁，人們?cè)诜奖愕孬@取信息和交流信息的同 時(shí)，還需要能安全地存儲(chǔ)和傳輸信息。由于數(shù)字信息的可復(fù)制性，使得對(duì)數(shù)字作品侵權(quán)越來(lái) 越容易，篡改也更加方便，由此出現(xiàn)了一系列的版權(quán)爭(zhēng)端問(wèn)題。信息隱藏技術(shù)是通過(guò)一定的 算法將隱秘信息嵌入到被數(shù)字載體信號(hào)(如圖像、語(yǔ)音、視頻等)中，來(lái)證明版權(quán)歸屬或?qū)?現(xiàn)隱秘通信，已經(jīng)成為多媒體信號(hào)處理領(lǐng)域中的一個(gè)研究熱點(diǎn)。語(yǔ)音信息隱藏是以語(yǔ)音信 號(hào)為載體的隱藏技術(shù)，它在語(yǔ)音版權(quán)保護(hù)、隱秘通信、語(yǔ)音內(nèi)容驗(yàn)證和語(yǔ)音壓縮帶寬恢復(fù)等 領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。語(yǔ)音隱秘通信技術(shù)是把秘密信息隱藏在公開的語(yǔ)音信號(hào)中傳輸，通過(guò)公開語(yǔ)音信 息的傳輸來(lái)達(dá)到掩蓋傳送秘密信息的目的。由于語(yǔ)音通信信道中存在數(shù)量巨大的語(yǔ)音信 息，竊聽者就失去了具體的攻擊目標(biāo)，使得秘密信息難以被竊聽者檢測(cè)，秘密信息便得以安 全傳送。相對(duì)于圖像、視頻等載體而言，語(yǔ)音信息隱藏的研究比較晚。目前語(yǔ)音信息隱藏算 法大體上有參數(shù)建模方法、時(shí)間軸壓擴(kuò)方法以及擴(kuò)頻隱藏方法等。但由于語(yǔ)音信號(hào)自身的 特點(diǎn)，這些算法在應(yīng)用時(shí)存在一些不足。參數(shù)建模法通過(guò)修改模型的相關(guān)參數(shù)，在語(yǔ)音信號(hào) 中嵌入隱秘信息。可是這種方法抗濾波操作性能不強(qiáng)，而且它只能使用明檢測(cè)，這樣就限制 了它的應(yīng)用范圍。時(shí)間軸壓擴(kuò)法是對(duì)一些特征的持續(xù)時(shí)間進(jìn)行量化指數(shù)調(diào)制?？墒窃摲椒?不容易建模，難以控制其解碼性能。而且現(xiàn)有的語(yǔ)音信息隱藏方法，都不能解決載體語(yǔ)音信 號(hào)對(duì)水印信號(hào)的宿主干擾問(wèn)題。由于語(yǔ)音信號(hào)的功率遠(yuǎn)大于水印信號(hào)的功率，宿主干擾嚴(yán) 重影響了語(yǔ)音信息隱藏的隱藏容量。本發(fā)明的擴(kuò)展線性干擾抵消方案，在充分考慮了人的 聽覺系統(tǒng)的頻率隱蔽特性，使用載體信號(hào)的功率譜對(duì)水印信號(hào)進(jìn)行功率譜整形，在語(yǔ)音信 號(hào)的預(yù)測(cè)殘差模型中嵌入水印。并且在嵌入之前對(duì)水印信號(hào)進(jìn)行了預(yù)抵消處理，然后利用 含水印殘差驅(qū)動(dòng)線性預(yù)測(cè)模型合成語(yǔ)音信號(hào)，有效地消除了載體語(yǔ)音對(duì)水印檢測(cè)的干擾。 解決了語(yǔ)音信息隱藏的宿主干擾問(wèn)題，從而在接收端獲得更好的解碼性能。

發(fā)明內(nèi)容
在語(yǔ)音信息隱藏中，語(yǔ)音載體嚴(yán)重影響隱密信息的隱藏容量。本發(fā)明的目的是針 對(duì)普通語(yǔ)音信息隱藏技術(shù)中的宿主干擾問(wèn)題，提出一種適應(yīng)于語(yǔ)音信號(hào)載體的擴(kuò)展線性干 擾抵消隱秘通信方法。語(yǔ)音隱秘通信技術(shù)的特點(diǎn)是隱秘消息的傳輸必須依附一定語(yǔ)音載體。在接收端采 用盲檢測(cè)時(shí)，不僅信道噪聲對(duì)水印解碼性能有較大的影響，而且語(yǔ)音信號(hào)對(duì)水印信號(hào)的檢 測(cè)也有很大的干擾。在語(yǔ)音信息隱藏中，載體語(yǔ)音對(duì)水印檢測(cè)的干擾遠(yuǎn)超過(guò)信道噪聲的影響，這種語(yǔ)音宿主干擾不容忽視。普通擴(kuò)頻語(yǔ)音隱藏技術(shù)中，水印信號(hào)獨(dú)立于載體而不是充 分適應(yīng)于載體信號(hào)。載體信號(hào)在解碼器端扮演了信道噪聲的角色。在以白噪聲為載體的信 息隱藏技術(shù)中，可以采用線性干擾抵消(Linear Interference Cancellation，LIC)方法來(lái) 解決宿主干擾問(wèn)題。因?yàn)槠胀↙IC方法是一種基于相關(guān)檢測(cè)的方法，相關(guān)檢測(cè)實(shí)際上是將 接收信號(hào)在水印信號(hào)方向上的投影與檢測(cè)閾值的比較，它是高斯白噪聲中確知信號(hào)的最優(yōu) 檢測(cè)器。然而語(yǔ)音信號(hào)是一種相關(guān)信號(hào)即色噪聲信號(hào)，對(duì)于色噪聲信號(hào)而言，相關(guān)檢測(cè)器并 不是最優(yōu)的。而本發(fā)明提出的水印嵌入和檢測(cè)方法，解決了語(yǔ)音等色噪聲載體的信息隱藏 技術(shù)中的宿主干擾問(wèn)題。本發(fā)明基于線性干擾抵消的語(yǔ)音隱秘通信方法，載體信號(hào)采用模擬語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D轉(zhuǎn)換后得到的離散時(shí)間語(yǔ)音序列，或者其他具有自回歸模型結(jié)構(gòu)的色噪聲信號(hào)序列。在語(yǔ)言隱秘通信中，水印設(shè)計(jì)者希望在不影響語(yǔ)音聽覺質(zhì)量的前提下，嵌入盡量 多的水印信號(hào)能量。根據(jù)人類的聽覺系統(tǒng)的掩蔽特性可知當(dāng)兩個(gè)純音分量的頻率相近時(shí)， 弱音會(huì)被強(qiáng)音隱蔽掉，人只能感覺到強(qiáng)音。采用對(duì)水印信號(hào)的功率譜進(jìn)行整形的方法，調(diào)節(jié) 水印信號(hào)的功率譜，使之與語(yǔ)音信號(hào)的功率譜具有相似的形狀，從而達(dá)到嵌入更多水印信 號(hào)能量的目。為了對(duì)水印信號(hào)進(jìn)行功率譜整形，首先要分析載體語(yǔ)音信號(hào)的特性。由語(yǔ)音 信號(hào)的產(chǎn)生模型可知發(fā)音過(guò)程中的輻射、聲道以及聲門激勵(lì)的全部譜效應(yīng)可簡(jiǎn)化為一個(gè) 時(shí)變?yōu)V波器，其穩(wěn)態(tài)系統(tǒng)函數(shù)為
權(quán)利要求
1.一種基于線性干擾抵消的語(yǔ)音隱秘通信方法，其特征在于包括以下處理模塊和步 驟發(fā)送方采用隱秘信息嵌入器將隱秘信息嵌入到載體語(yǔ)音信號(hào)中，接收方采用隱秘信息 檢測(cè)器提取隱秘信息；隱秘信息嵌入器，包括以下處理模塊和步驟1)根據(jù)隱秘信息序列，采用擴(kuò)頻方式生成水印，擴(kuò)頻序列選用二值序列且歸一化為單 位長(zhǎng)度的向量；原始水印信號(hào)的單位方向可以用歸一化擴(kuò)頻序列向量來(lái)表示，水印信號(hào)嵌 入強(qiáng)度根據(jù)要求的嵌入失真來(lái)調(diào)節(jié)；2)對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)分析，并得到相應(yīng)的線性預(yù)測(cè)系數(shù)；線性預(yù)測(cè)系數(shù) 作為聲道逆濾波器的參數(shù)，對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行濾波，獲得語(yǔ)音預(yù)測(cè)殘差信號(hào)；3)將生成的原始水印信號(hào)與預(yù)測(cè)殘差信號(hào)作預(yù)抵消處理，獲得抵消后的水印信號(hào)，在 嵌入水印之前消除載體干擾；4)經(jīng)過(guò)預(yù)抵消操作后的水印信號(hào)，嵌入到語(yǔ)音預(yù)測(cè)殘差中；使用含水印殘差信號(hào)驅(qū)動(dòng) 線性預(yù)測(cè)模型生成含水印語(yǔ)音信號(hào)；線性預(yù)測(cè)模型的預(yù)測(cè)系數(shù)的值，使用步驟幻中得到的 線性預(yù)測(cè)系數(shù)；隱秘信息檢測(cè)器，采用白化濾波和檢測(cè)相級(jí)聯(lián)的形式，包括以下處理模塊和步驟(1)對(duì)接收的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行線性預(yù)測(cè)分析，得到線性預(yù)測(cè)系數(shù)；使用該系數(shù)作為逆濾 波器參數(shù)，對(duì)接收語(yǔ)音進(jìn)行白化處理，獲得接收殘差信號(hào)；(2)根據(jù)與發(fā)送端共享的水印模板，使用檢測(cè)器對(duì)接收殘差信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)解碼，解碼得 到隱秘信息。
2.權(quán)利要求1所述的一種基于線性干擾抵消的語(yǔ)音隱秘通信方法，其特征在于還包括 以下的處理步驟在步驟4)水印信號(hào)嵌入到語(yǔ)音預(yù)測(cè)殘差之前，預(yù)先在水印信號(hào)中去除殘 差信號(hào)對(duì)于水印檢測(cè)的干擾；即是在水印信號(hào)中減去語(yǔ)音殘差信號(hào)在水印信號(hào)上的投影， 得到抵消后的水印信號(hào)W = JWPa-(UrP)P其中M表示隱秘信息，P表示歸一化的水印模板，α表示水印嵌入強(qiáng)度，(UtP) P表示語(yǔ) 音預(yù)測(cè)殘差在水印方向上的投影。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于線性干擾抵消的語(yǔ)音隱秘通信方法。解決了普通語(yǔ)音隱秘通信技術(shù)中宿主干擾問(wèn)題，提高了隱秘信息解碼性能。其特征在于在發(fā)送端，嵌入器將隱秘信息嵌入到語(yǔ)音預(yù)測(cè)殘差中，嵌入采用擴(kuò)頻嵌入方式，并且在嵌入之前對(duì)水印信號(hào)進(jìn)行預(yù)抵消處理。含水印的語(yǔ)音信號(hào)通過(guò)普通語(yǔ)音信道傳輸。在接收端，檢測(cè)器對(duì)接收的語(yǔ)音進(jìn)行線性預(yù)測(cè)分析，然后對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行白化濾波處理，并采用相關(guān)檢測(cè)器來(lái)提取隱秘信息。本發(fā)明所述方法可用于隱秘通信、語(yǔ)音版權(quán)保護(hù)、內(nèi)容驗(yàn)證等領(lǐng)域。
文檔編號(hào)G10L19/00GK102074238SQ20101058340
公開日2011年5月25日 申請(qǐng)日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者崔鑫, 王鳳瑛, 王小明, 賈霞, 郝建軍, 郭銀景, 顏斌 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)