經(jīng)典聲音信息隱藏

1、經(jīng)典的音頻信息隱藏技術(shù)1概括隨著數(shù)字媒體（數(shù)字音頻、數(shù)字圖像、數(shù)字視頻等）和Internet應(yīng)用的不斷普及，信息安全技術(shù)自誕生之初就一直得到廣泛的關(guān)注和相當(dāng)?shù)闹匾暋Ｗ鳛樾畔踩囊粋€重要分支,音頻信息隱藏技術(shù)由于應(yīng)用廣泛而逐漸成為信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一2音頻水印的數(shù)學(xué)模型3音頻水印工作過程1、秘密語音信息M經(jīng)過加密算法加密，加密密鑰K2、利用水印算法f將加密后的M嵌入到語音載體x中，形成復(fù)合語音X在公開信道上傳輸3、復(fù)合語音X經(jīng)過Q（y/x）傳輸，遭受攻擊和干擾后變成攻擊后的復(fù)合語音信息Y4 、加密的密鑰經(jīng)隱信道c與秘密語音信息一起傳給接收方5 、接收方利用語音水印提取算法(X,K)將秘密

2、語音信息提取出來6 、提取后的秘密語音信息經(jīng)過解密算法解密得到m4數(shù)字音頻信息隱藏技術(shù)的概念 數(shù)字音頻信息隱藏技術(shù)，是利用人體聽覺器官的不敏感(感覺冗余)，以及多媒體信號本身存在的冗余性(數(shù)據(jù)特性冗余)，將信息通過一定的算法以一種不被察覺和感知的方式隱藏于音頻(包括音樂、話音等)中。以達(dá)到保密通信、數(shù)字音頻產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)及侵權(quán)行為跟蹤等目的。 根據(jù)所要達(dá)到的目的的不同，嵌入的信息可以分為保密通信信息和作者的序列號、公司的標(biāo)志或其它有意義的文本等用來標(biāo)識版權(quán)所屬的信息。5數(shù)字音頻信息隱藏技術(shù)的評價標(biāo)準(zhǔn) 隨著數(shù)字音頻信息隱藏技術(shù)的發(fā)展，往往需要評價一個隱藏算法的優(yōu)劣，相應(yīng)地出現(xiàn)了一系列音頻隱藏的評價

3、標(biāo)準(zhǔn)。最常用的評價標(biāo)準(zhǔn)是主觀測試法，也就是利用人耳的主觀評價來判斷算法的質(zhì)量，即嵌入信息后的音頻信號與原始音頻信號相比較，在聽覺上應(yīng)該不會有明顯的差別。最常用的主觀測試法主觀平均判分法 (MOS)法，該方法需要招集若干實(shí)驗(yàn)者，由他們對音頻信號質(zhì)量的好壞進(jìn)行評分，求出平均分?jǐn)?shù)作為對音頻信號質(zhì)量的評價結(jié)果。6 客觀測度作為一個可以定量評價數(shù)字音頻信息隱藏的標(biāo)準(zhǔn)，在性能評價中占有十分重要的地位。通常情況下，可以對不同嵌入機(jī)制的音頻隱藏算法采用不同的客觀度量方法，常用的客觀評價方法有: 1、信噪比（SNR） 如果把嵌入的秘密信息看作是加載到原始音頻信號上的噪聲，則可以通過計(jì)算信噪比來衡量嵌入的秘密信息

4、對原始音頻信號的影響程度。假設(shè)原始音頻信號即宿主信號為x(n)，嵌入秘密信息的音頻信號即隱秘信號為xW(n)，則信噪比表示為: 7 其中，n為音頻信號的采樣點(diǎn)數(shù)，L為音頻信號的總長度，且0nL，單位為dB。2、誤碼率（BER） 對嵌入秘密信息的魯棒性可以用誤碼率來度量。BER反映的是提取出來的秘密信息與原來的秘密信息的差別性。BER定義為：3 、相關(guān)系數(shù)（NC） 如果在音頻信號中嵌入的秘密信息為圖像，則為定量的評價提取的圖像與原始圖像的相似性，采用歸一化相關(guān)系數(shù)為評價標(biāo)準(zhǔn)，其定義為:8式中，w為原始秘密信息，記為提取后的秘密信息，它們的大小為M1*M2。4 、嵌入容量 嵌入容量是指在單位時間內(nèi)

5、的音頻信號內(nèi)能嵌入多少秘密信息，是評價一個隱藏算法的重要參數(shù)，通常用bps作為單位。9音頻信息隱藏的主要方法最不重要位（LSB）的方法內(nèi)容： 一種最簡單的數(shù)據(jù)嵌入方法任何秘密數(shù)據(jù)都可以看做是一串二進(jìn)制位流，音頻文件的每一個采樣數(shù)據(jù)也是用二進(jìn)制表示將每一個采樣值的最不重要位（最低位）用代表秘密數(shù)據(jù)的二進(jìn)制位替換10特點(diǎn)： 本身簡單易實(shí)現(xiàn)；音頻信號里可以編碼的數(shù)據(jù)量大；信息嵌入和提前算法簡單，速度快；對信道干擾及數(shù)據(jù)操作的抵抗力很差。改進(jìn)方法： 為了提高魯棒性，可用一段偽隨機(jī)序列來控制嵌入秘密二進(jìn)制位的位置。偽隨機(jī)信號可以由偽隨機(jī)序列發(fā)生器來產(chǎn)生。 并且，可將秘密數(shù)據(jù)位嵌入到載體數(shù)據(jù)的較高位，對應(yīng)

6、于音頻信號中的低頻分量，但這樣帶來的結(jié)果是大大降低了數(shù)據(jù)隱藏的隱秘性，為改善這一點(diǎn)，可以在嵌入過程中根據(jù)音頻的能量進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入位選擇的自適應(yīng)以，達(dá)到隱藏效果、隱藏容量和魯棒性三者之間的最佳平衡。 11擴(kuò)展頻譜方法內(nèi)容： 借鑒擴(kuò)頻通信的思想，可以在編碼音頻數(shù)據(jù)流時把秘密數(shù)據(jù)分散在盡可能多的頻率頻譜分量中以達(dá)到隱藏信息數(shù)據(jù)的目的。延伸： 擴(kuò)頻通信方式有很多，常用的有直序擴(kuò)頻編碼方法（DSSS）。DSSS算法中采用對稱密鑰體制，即用相同的密鑰來編碼和解碼。該密鑰是偽隨機(jī)噪聲，理想偽隨機(jī)噪聲是白噪聲，它在頻率范圍里有良好的頻率響。12一種適用用音頻水印的方法： 選用一個偽隨機(jī)序列，且為了利用HAS的長

7、期掩蔽效應(yīng)，對該序列進(jìn)行若干級的濾波。對每512點(diǎn)采樣的重疊段，計(jì)算出它的掩蔽閾值，并近似的采用一個10階的全極點(diǎn)濾波器對PN序列進(jìn)行濾波。利用短期掩蔽效應(yīng)，根據(jù)信號相應(yīng)的時變能量，對濾波后的PN序列做加權(quán)處理，這樣在音頻信號能量低的地方可以削弱水印，此外水印還要經(jīng)過低通濾波，以保證水印可以抵御音頻壓縮.13相位編碼方法內(nèi)容： Phase Coding是最為有效的編碼方法之一，它充分利用了HAS的一種特性：人耳對絕對相位的不敏感性及對相 對相位的敏感性。 因此將代表秘密數(shù)據(jù)位的參考相位替換原音頻段的絕對相位，并對其他的因頻段進(jìn)行調(diào)整，以保持各段之間的相對相位不變。實(shí)現(xiàn)方法： 相位編碼屬于變換域

8、的方法。在相位編碼中，音頻載體信號f(t)被分成由N個短序列fi（n）進(jìn)行DFT變換，得到幅度Ai（k）和相位i（k）： Fi(k)=F fi(n)=Ai(k)expi(k) 14水印嵌入過程改變第一個信號片段的相位如下： 由于兩個連續(xù)信號片段間的相位變動很容易被檢測出來，因此他們的相位差需要在嵌入水印的音頻信號中保持不變。于是后面信號片段的相位改變?nèi)缦拢?1（k）=0（k）+（1（k）-0（k） 2（k）=1（k）+（2（k）-1（k） N（k）=N-1（k）+（N（k）-N-1（k） 15 實(shí)際上，水印嵌入過程是修改了所以隨后信號片段的絕對相位，以保證了他們的相對差不變。 最后，新的相位矩

9、陣 i(k)和原來的傅立葉幅度Ai（k）通過IDFT來構(gòu)造隱藏水印的音頻信號： fi(k)=F -1Ai(k)expi （k） 在檢測水印前，必須采用某種同步。假定知道信號片段起點(diǎn)和序列長L，就可以計(jì)算DFT，并得到相位0*（k），從而可以檢測出水印.16回聲隱藏內(nèi)容：Echo Hiding是通過引入回聲將秘密數(shù)據(jù)嵌入到載體數(shù)據(jù)中，它利用了音頻信號在時域中的后屏蔽作用，即弱信號在強(qiáng)信號消失之后變得無法聽見。方法： 回聲隱藏方法在音頻信號f(t)中引入回聲f(t-t),構(gòu)造如下信號隱藏水?。?f(t)=f(t)-af(t-t) 水印隱藏通過修改信號和回聲間的延遲t來進(jìn)行。17 當(dāng)嵌入“0”時，選

10、擇t；否則，選擇t。延遲時間t或t是以人聽不到回聲信號為準(zhǔn)則進(jìn)行選取的。 載體數(shù)據(jù)和經(jīng)過回聲隱藏的隱秘?cái)?shù)據(jù)對于人耳來說,前者就像是從耳機(jī)里聽見的聲音,沒有回聲,而后者就向從揚(yáng)聲器里聽到的聲音由所處的空間產(chǎn)生的回聲。因此,回聲算法與其他方法不同,是將秘密數(shù)據(jù)作為載體數(shù)據(jù)的環(huán)境條件,而不是當(dāng)做隨機(jī)噪聲嵌入到載體數(shù)據(jù)中,所以這種方法具有很好的透明性和穩(wěn)健性。18語音水印的變幻域隱藏方法內(nèi)容： 這類語音嵌入方法首先對原始載體語音信號進(jìn)行某種變換運(yùn)算，如FFT、DCT、DWT等，得到相應(yīng)的頻域信號后，通過修改其頻域信號某些指定的頻域系數(shù)來嵌入數(shù)據(jù)。問題： 考慮到對低頻區(qū)域系數(shù)的改動可能會影響到載體信號的感知效果，而高頻系數(shù)容易被破壞，所以一般選取頻域信號的中頻區(qū)域上的系數(shù)來嵌入秘密信號，這樣既滿足不可感知性，又滿足對諸如失真壓縮等操作的魯棒性。19變換域水印嵌入算法對原始載體語音采樣信號做變換T基于事先給定的加密算法，對秘密水印信號數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，得到加密的秘密水印信號數(shù)據(jù)按照預(yù)定的嵌入算法，在變換域上將秘密信號嵌入載體語音信號中