一種用于wav格式音頻信息的嵌入方法和提取方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種用于wav音頻信息的嵌入方法，包括步驟：wav格式音頻、該用戶需要嵌入wav格式音頻中的消息、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)的輸入；將需要嵌入wav格式音頻中的消息進(jìn)行格式化處理，以生成包含段頭標(biāo)識(shí)符、校驗(yàn)和、需要嵌入wav格式音頻中的消息、段尾標(biāo)識(shí)符的協(xié)議段；隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)分別加密為16位、16位、32位的二進(jìn)制比特串，并設(shè)置已嵌入比特?cái)?shù)為0，選擇將wav格式音頻的第(64+隨機(jī)偏移數(shù))幀的第一個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置為采樣點(diǎn)ｉ０，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，其中k為步長，采用以下公式分別計(jì)算小組A＝{i0，i1，i2……ik-1}及相鄰的小組B＝{ik，ik+1，ik+2……i2k-1}的音頻能量EA、EB。并循環(huán)分組計(jì)算操作。
【專利說明】一種用于wav格式音頻信息的嵌入方法和提取方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域，更具體地，涉及一種用于wav格式音頻信息的 嵌入方法和提取方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展，基于移動(dòng)客戶端（例如微信、手機(jī)QQ、Skype等）的 語音通信正逐漸成為大眾交流的一種嶄新手段。作為隱寫的常用載體，語音通信中的音頻 資源正被越來越多的研究者所關(guān)注。在當(dāng)前已知針對(duì)音頻和語音技術(shù)相關(guān)的方案主要可以 分為兩類。第一類是面向不同格式音頻的隱寫、隱寫分析算法，此類方案主要采用的是將 傳統(tǒng)隱寫技術(shù)與不同格式音頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，以實(shí)現(xiàn)某種特定目的的信息隱寫。第二 類涉及通信領(lǐng)域，關(guān)注基于音頻的安全通信。主要采用的手段是將傳統(tǒng)的信息加密技術(shù)與 不同音頻的壓縮標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)基于密碼技術(shù)的秘密安全通信。在中國發(fā)明專利說明書 CN102737639A中公開了一種語音信息安全通信方法，通過利用基于系數(shù)量化的離散余弦變 換域嵌入算法，保證通信的隱蔽性。方案利用混沌加密算法，針對(duì)音頻中的少數(shù)關(guān)鍵位進(jìn)行 加密，并通過比較秘密語音的魯棒消息認(rèn)證碼來判斷語音內(nèi)容的完整性，實(shí)現(xiàn)語音通信隱 蔽性的同時(shí)保證了語音通信內(nèi)容的機(jī)密性和完整性。
[0003] 當(dāng)前的兩類方案分別考慮了基于不同壓縮格式音頻的隱寫、隱寫分析算法以及基 于密碼技術(shù)的安全通信方案。前者主要是面向不同音頻格式的各種隱寫、隱寫分析算法，并 未考慮實(shí)際的應(yīng)用場景，因而不可避免地會(huì)帶來如下缺點(diǎn)：首先，算法的提出到系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 還需要大量的后續(xù)研究，其可行性和可實(shí)施性有待實(shí)踐的進(jìn)一步檢驗(yàn)；其次，專利提出的 隱寫算法并沒有給出具體的應(yīng)用場合，使得其應(yīng)用前景并不明朗。后者采用的主要方法基 于較為復(fù)雜的傳統(tǒng)加密技術(shù)，主要面向具有較高計(jì)算性能的PC領(lǐng)域，與移動(dòng)客戶端所處的 惡劣、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和要求的高實(shí)時(shí)性、低延遲率相悖，無法適應(yīng)基于移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的安 全通信。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供了一種用于wav格式音頻信息 的嵌入方法和提取方法，其易于實(shí)現(xiàn)，可以直接形成應(yīng)用軟件安裝于操作系統(tǒng)（比如安卓 操作系統(tǒng)）之上，進(jìn)一步地，可以和微信等社交軟件對(duì)接，解決現(xiàn)有方法中存在的可實(shí)施性 不強(qiáng)，應(yīng)用場合不明確的技術(shù)問題；而且發(fā)明算法復(fù)雜度較低，適合在計(jì)算能力較弱的移動(dòng) 平臺(tái)上進(jìn)行，解決了現(xiàn)有方法中時(shí)間復(fù)雜度太高的問題；通過能量分組計(jì)算以及結(jié)構(gòu)化重 復(fù)嵌入提升了算法魯棒性，解決了現(xiàn)有算法在惡劣、復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)條件下魯棒性能不強(qiáng)的技術(shù) 問題；通過協(xié)議化的嵌入提取方案，解決了現(xiàn)有方法中消息無法實(shí)時(shí)、隨機(jī)提取的技術(shù)問 題。
[0005] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于wav音頻信息的嵌入 方法，包括以下步驟：
[0006] (1)接收用戶通過輸入流或者文件流輸入的wav格式音頻、該用戶需要嵌入wav格 式音頻中的消息、隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)；
[0007] (2)將需要嵌入wav格式音頻中的消息進(jìn)行格式化處理，以生成包含段頭標(biāo)識(shí)符、 校驗(yàn)和、需要嵌入wav格式音頻中的消息、段尾標(biāo)識(shí)符的協(xié)議段二進(jìn)制比特串；
[0008] (3)將隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)分別加密為16位、16位和32位 的二進(jìn)制比特串，并設(shè)置已嵌入比特?cái)?shù)為0,設(shè)置計(jì)數(shù)器j = 0 ;
[0009] (4)選擇將wav格式音頻的第（64+隨機(jī)偏移數(shù)）巾貞的第一個(gè)米樣點(diǎn)設(shè)置為米樣點(diǎn) iQ，后續(xù)的采樣點(diǎn)依次為U。，b i2, i3, i4, i5, i6......}。
[0010] (5)從采樣點(diǎn)L開始，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，其中k為步長，采用 以下公式分別計(jì)算小組A = {iQ，ip i2......W與B = {ik，ik+1，ik+2......的音頻能量

【權(quán)利要求】
1. 一種用于wav音頻信息的嵌入方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 接收用戶通過輸入流或者文件流輸入的wav格式音頻、該用戶需要嵌入wav格式音 頻中的消息、隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)； (2) 將需要嵌入wav格式音頻中的消息進(jìn)行格式化處理，以生成包含段頭標(biāo)識(shí)符、校驗(yàn) 和、需要嵌入wav格式音頻中的消息、段尾標(biāo)識(shí)符的協(xié)議段二進(jìn)制比特串； (3) 將隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)分別加密為16位、16位和32位的二 進(jìn)制比特串，并設(shè)置已嵌入比特?cái)?shù)為0,設(shè)置計(jì)數(shù)器j = 0 ; (4) 選擇將wav格式音頻的第￠4+隨機(jī)偏移數(shù)）幀的第一個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置為采樣點(diǎn)' 后續(xù)的采樣點(diǎn)依次為U。，ip i2, "，h，......}。 (5) 從采樣點(diǎn)L開始，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，其中k為步長，采用以下 公式分別計(jì)算小組A = {iQ，ip i2......W與B = {ik，ik+1，ik+2......的音頻能量EA、 EB :
(6) 判斷音頻能量EA、EB能量差的絕對(duì)值是否大于第一算法參數(shù)且小于第二算法參數(shù)， 如果是則表示滿足嵌入條件，然后進(jìn)入步驟（7)，否則表示不滿足嵌入條件，然后轉(zhuǎn)入步驟 (11)； (7) 已嵌入比特?cái)?shù)自增1，且計(jì)數(shù)器j自增1，并判斷計(jì)數(shù)器j是否大于數(shù)據(jù)長度，如果 是，則設(shè)置j = 〇,并進(jìn)入步驟（8)，否則進(jìn)入步驟（8); (8) 判斷步驟（2)中得到的二進(jìn)制比特串第j位是否為0,如果是則進(jìn)入步驟（9)，否則 進(jìn)入步驟（10); (9) 判斷對(duì)于步驟（5)獲得的音頻能量EA、EB，是否有EA>E B，若是則進(jìn)入步驟（12)， 否則進(jìn)入步驟（11); (10) 判斷對(duì)于步驟（5)獲得的音頻能量EA、EB，是否有EA<E B，若是則進(jìn)入步驟（12)， 否則進(jìn)入步驟（11); (11) 將小組A以及B中對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的值一一對(duì)換； (12) 判斷采樣點(diǎn)i2k_i之后是否還有2k個(gè)采樣點(diǎn)，如果是，即表示還有嵌入信息的空 間，設(shè)置i2k為下一輪循環(huán)的起始點(diǎn)'然后返回步驟（5)，否則進(jìn)入步驟（13); (13) 判斷已嵌入比特?cái)?shù)是否大于步驟（2)中協(xié)議段的比特?cái)?shù)，如果是，則嵌入過程結(jié) 束，提示用戶嵌入成功，否則表示嵌入不完整，提示用戶需要更換wav格式音頻。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，需要嵌入wav格式音頻中的消息的最 大長度L < 4096漢字或65536比特，隨機(jī)偏移數(shù)的大小為1至255的整數(shù)，第一算法參數(shù) 的大小為1至255的整數(shù)，第二算法參數(shù)的大小為大于第一算法參數(shù)小于1028575的整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，段頭標(biāo)識(shí)符是OxFD的標(biāo)識(shí)符，校驗(yàn) 和是需要嵌入wav格式音頻中的消息的校驗(yàn)和，且長度為16位，段尾標(biāo)識(shí)符是OxFF的標(biāo)識(shí) 符。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的嵌入方法，其特征在于，步驟（3)具體為，利用LSB隱寫方法 逐位替代wav格式音頻前64幀數(shù)據(jù)幀中每幀的最后一個(gè)比特位。
5. -種用于wav音頻信息的提取方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 獲取載密的wav格式音頻，利用LSB隱寫方法對(duì)wav格式音頻前64幀數(shù)據(jù)幀中每 幀的最后一個(gè)比特位進(jìn)行提取并解密，將解密出來的16位、16位、32位數(shù)據(jù)分別作為隨機(jī) 偏移數(shù)、第一算法參數(shù)、第二算法參數(shù)； (2) 選擇將wav格式音頻的第￠4+隨機(jī)偏移數(shù)）幀的第一個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置為采樣點(diǎn)' 后續(xù)的采樣點(diǎn)依次為U。，ip i2, "，h，......}。 (3) 從采樣點(diǎn)L開始，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，采用以下公式分別計(jì)算小 組 A = {iQ，ip i2......W 與 B = {ik，ik+1，ik+2......"k-J 的音頻能量 EA、EB，其中 k 為步 長：
(4) 判斷音頻能量EA、EB能量差的絕對(duì)值大于第一算法參數(shù)且小于第二算法參數(shù)，如果 是則表示滿足提取條件，然后進(jìn)入步驟（5)，否則表示不滿足提取條件，然后轉(zhuǎn)入步驟（6); (5) 判斷步驟⑶獲得的音頻能量EA、EB大小關(guān)系，如果EA>E B，生成一個(gè)為0的比特， 并將提取的比特依次存入緩沖區(qū)，然后進(jìn)入步驟（6)，否則生成一個(gè)為1的比特，并將提取 的比特依次存入緩沖區(qū)，然后進(jìn)入步驟（6); (6) 判斷采樣點(diǎn)i2k_i之后是否還有2k個(gè)采樣點(diǎn)，如果是，表示尚未提取完畢，設(shè)置i2k 為下一輪循環(huán)的起始點(diǎn)i〇,然后返回步驟（3)，否則進(jìn)入步驟（7); (7) 使用緩沖區(qū)中的比特串并根據(jù)如下格式將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)段進(jìn)行解包，以獲得從 wav格式音頻中提取的用戶消息。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的提取方法，其特征在于，步驟（7)具體為，從緩沖區(qū)的起始點(diǎn) 開始尋找一段起始為OxFD段頭標(biāo)識(shí)符與OxFF段尾標(biāo)識(shí)符的數(shù)據(jù)段，然后將此段數(shù)據(jù)中除 標(biāo)識(shí)符之外的數(shù)據(jù)提取出來，組成從wav格式音頻中提取的用戶消息。
7. -種用于wav音頻信息的嵌入系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟： 第一模塊，用于接收用戶通過輸入流或者文件流輸入的wav格式音頻、該用戶需要嵌 入wav格式音頻中的消息、隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)； 第二模塊，用于將需要嵌入wav格式音頻中的消息進(jìn)行格式化處理，以生成包含段頭 標(biāo)識(shí)符、校驗(yàn)和、需要嵌入wav格式音頻中的消息、段尾標(biāo)識(shí)符的協(xié)議段二進(jìn)制比特串； 第三模塊，用于將隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)和第二算法參數(shù)分別加密為16位、16位 和32位的二進(jìn)制比特串，并設(shè)置已嵌入比特?cái)?shù)為0,設(shè)置計(jì)數(shù)器j = 0 ; 第四模塊，用于選擇將wav格式音頻的第（64+隨機(jī)偏移數(shù)）巾貞的第一個(gè)米樣點(diǎn)設(shè)置為 采樣點(diǎn)iQ，后續(xù)的采樣點(diǎn)依次為U。，L，i2, "，L，"，h......}。 第五模塊，用于從采樣點(diǎn)L開始，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，其中k為步長， 采用以下公式分別計(jì)算小組A = {iQ，i^，i2......ik-i}與B = {ix，ik+1，ik+2......i2k-J的音頻 能量EA、ER :
第六模塊，用于判斷音頻能量EA、EB能量差的絕對(duì)值是否大于第一算法參數(shù)且小于第 二算法參數(shù)，如果是則表示滿足嵌入條件，然后進(jìn)入步驟第七模塊，否則表示不滿足嵌入條 件，然后轉(zhuǎn)入第十一模塊； 第七模塊，用于已嵌入比特?cái)?shù)自增1，且計(jì)數(shù)器j自增1，并判斷計(jì)數(shù)器j是否大于數(shù)據(jù) 長度，如果是，則設(shè)置j = 0,并進(jìn)入第八模塊，否則進(jìn)入第八模塊； 第八模塊，用于判斷第二模塊得到的二進(jìn)制比特串第j位是否為0,如果是則進(jìn)入第九 模塊，否則進(jìn)入第十模塊； 第九模塊，用于判斷對(duì)于第五模塊獲得的音頻能量EA、EB，是否有EA > EB，若是則進(jìn)入 步驟第十二模塊，否則進(jìn)入第十一模塊； 第十模塊，用于判斷對(duì)于第五模塊獲得的音頻能量EA、EB，是否有EA < EB，若是則進(jìn)入 第十二模塊，否則進(jìn)入第十一模塊； 第十一模塊，用于將小組A以及B中對(duì)應(yīng)采樣點(diǎn)的值一一對(duì)換； 第十二模塊，用于判斷采樣點(diǎn)i21rt之后是否還有2k個(gè)采樣點(diǎn)，如果是，即表示還有嵌入 信息的空間，設(shè)置i2k為下一輪循環(huán)的起始點(diǎn)i〇,然后返回第五模塊，否則進(jìn)入第十三模塊； 第十三模塊判斷已嵌入比特?cái)?shù)是否大于第二模塊中協(xié)議段的比特?cái)?shù)，如果是，則嵌入 過程結(jié)束，提示用戶嵌入成功，否則表示嵌入不完整，提示用戶需要更換wav格式音頻。
8. -種用于wav音頻信息的提取系統(tǒng)，其特征在于，包括以下步驟： 第一模塊，用于獲取載密的wav格式音頻，利用LSB隱寫方法對(duì)wav格式音頻前64幀 數(shù)據(jù)幀中每幀的最后一個(gè)比特位進(jìn)行提取并解密，將解密出來的16位、16位、32位數(shù)據(jù)分 別作為隨機(jī)偏移數(shù)、第一算法參數(shù)、第二算法參數(shù)； 第二模塊，用于選擇將wav格式音頻的第（64+隨機(jī)偏移數(shù)）巾貞的第一個(gè)米樣點(diǎn)設(shè)置為 采樣點(diǎn)iQ，后續(xù)的采樣點(diǎn)依次為U。，L，i2, "，L，"，h......}。 第三模塊，用于從采樣點(diǎn)開始，將每連續(xù)的k個(gè)采樣點(diǎn)作為一個(gè)小組，采用以下公式 分別計(jì)算小組 A = {iQ，ip i2......ik_J 與 B = {ik，ik+1，ik+2......，i2k-J 的音頻能量 EA、EB， 其中k為步長：
第四模塊，用于判斷音頻能量EA、EB能量差的絕對(duì)值大于第一算法參數(shù)且小于第二算 法參數(shù)，如果是則表示滿足提取條件，然后進(jìn)入第五模塊，否則表示不滿足提取條件，然后 轉(zhuǎn)入第六模塊； 第五模塊，用于判斷第三模塊獲得的音頻能量EA、EB大小關(guān)系，如果EA > EB，生成一個(gè) 為0的比特，并將提取的比特依次存入緩沖區(qū)，然后進(jìn)入第六模塊，否則生成一個(gè)為1的比 特，并將提取的比特依次存入緩沖區(qū)，然后進(jìn)入第六模塊； 第六模塊，用于判斷采樣點(diǎn)i2H之后是否還有2k個(gè)采樣點(diǎn)，如果是，表示尚未提取完 畢，設(shè)置i2k為下一輪循環(huán)的起始點(diǎn)i〇,然后返回第三模塊，否則進(jìn)入第七模塊； 第七模塊，用于使用緩沖區(qū)中的比特串并根據(jù)如下格式將緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)段進(jìn)行解 包，以獲得從wav格式音頻中提取的用戶消息。
【文檔編號(hào)】G10L19/018GK104123945SQ201410261979
【公開日】2014年10月29日 申請(qǐng)日期:2014年6月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月12日
【發(fā)明者】李芝棠, 張瑒, 宋廣華, 鄒明光, 趙娟, 程俊霞, 肖津, 馮兵 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)