【摘要】：當(dāng)今社會(huì),我們身處于多媒體技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)日新月異發(fā)展的時(shí)代,信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲(chǔ)和傳播頻率呈現(xiàn)出爆炸式的增長,隨之而來的對私密數(shù)據(jù)和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的關(guān)注也水漲船高。隨著技術(shù)的進(jìn)步,人們在傳統(tǒng)的信息安全策略以外,另辟蹊徑的提出了基于信息隱藏技術(shù)的信息安全保障和知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)措施。該項(xiàng)技術(shù)在音頻數(shù)據(jù)載體中也有著廣泛的應(yīng)用。但是由于人耳的生理特點(diǎn)導(dǎo)致我們的耳朵對接收到的音頻信號(hào)的變動(dòng)十分敏感,所以如果想在音頻信號(hào)中嵌入秘密數(shù)據(jù)的難度比在圖像等其他多媒體載體中嵌入密文數(shù)據(jù)的難度要大很多。密文信息嵌入到音頻信號(hào)中后,含隱信號(hào)在傳輸過程中會(huì)受到雜亂隨機(jī)噪聲的干擾、發(fā)送和接收時(shí)遭到幀信息被壓縮與解壓的破壞導(dǎo)致可能無法避免的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤,上述的種種不利因素導(dǎo)致人們對音頻信息隱藏算法的魯棒性和抗攻擊性都有很高的要求。傳統(tǒng)的音頻信號(hào)信息隱藏方法主要是最小信息位、回聲等信息隱藏算法。基于時(shí)域的信息隱藏算法的特點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)簡單,隱藏的數(shù)據(jù)量很大。但是時(shí)域算法的缺點(diǎn)也很突出,例如隱秘載體的已嵌入部分和未作修改的部分具有不同的統(tǒng)計(jì)特性,另外時(shí)域算法的魯棒性較差,對幾何變形、噪聲和數(shù)據(jù)壓縮的抵抗能力較差,即使很簡單的數(shù)組濾波處理也會(huì)干擾到最終密文信息的提取。本文的工作主要是深入研究人類聽覺感知機(jī)理的特性,以人耳的聽覺感知特征和音頻信號(hào)的聲學(xué)特征為出發(fā)點(diǎn),運(yùn)用變換域的信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)語音信號(hào)中的信息隱藏。采用的變換域的方法簡而言之主要是對載體音頻信號(hào)做離散余弦變換、又或是求取倒譜域的MFCC參數(shù)和對載體音頻信號(hào)做小波變換等操作后將密文信息嵌入到載體音頻信號(hào)當(dāng)中,同時(shí)在時(shí)域上要求所作的操作不能被人耳所察覺出來。概括而言取得了以下的研究成果:(一)研究了一種對載體語音信號(hào)作離散余弦變換后嵌入密文信息的語音信息隱藏方法。該方法主要利用離散余弦變換運(yùn)算的特征,將密文信號(hào)分散嵌入到載體信號(hào)中。嵌入的規(guī)則是:根據(jù)載體音頻每一幀信號(hào)不同的能量值,將全部的幀信號(hào)分為高中低三類,根據(jù)每幀信號(hào)能量的大小嵌入不同數(shù)量的密文信息,能量高的多嵌,能量低的少嵌或不嵌,在保證語音載體信號(hào)本身的聽覺特性的前提下,兼顧嵌入的密文信息的安全。之后在信息提取過程中,根據(jù)每幀信號(hào)能量的高低將數(shù)據(jù)幀分類篩選,然后用含隱信號(hào)幀和原始數(shù)據(jù)幀作差,從差值信號(hào)中提取低頻系數(shù)實(shí)現(xiàn)密文信息和載體信息的分離,從而提取出密文信息。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看,本算法保持了隱藏前后載體語音的價(jià)值體現(xiàn)出透明性,人為加入一些雜亂的聲音充當(dāng)噪聲、故意對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行壓縮再解壓操作充當(dāng)惡意攻擊手段后算然仍然能從載體音頻中恢復(fù)出密文信息體現(xiàn)了安全性。(二)研究了一種在語音信號(hào)的MFCC參數(shù)中隱藏秘密消息的語音信息隱藏方法。該方法主要利用語音短時(shí)能量所具有的較強(qiáng)穩(wěn)定性,通過微小改變MFCC參數(shù)的值來反映嵌入的密文數(shù)據(jù)的比特信息,然后用改變過的參數(shù)來反向計(jì)算出被改后的參數(shù)的對數(shù)頻譜;對這個(gè)對數(shù)頻譜求指數(shù)后得到一個(gè)結(jié)果,再用MEL濾波器組對這個(gè)結(jié)果進(jìn)行濾波操作得到新的線性譜;最后對這個(gè)新的線性譜做FFT反變換得到新的含有隱藏密文的時(shí)域信號(hào)。這個(gè)新得到的含隱時(shí)域信號(hào)在聽覺上和原始信號(hào)基本沒有差異,以此實(shí)現(xiàn)信息的隱藏。反之在信息提取過程中利用隱藏和提取時(shí)的幀同步,可以準(zhǔn)確的從含隱文件中提取出密文信息。此方法適用于局域網(wǎng)或高速網(wǎng)絡(luò)中的語音應(yīng)用,在傳遞載體語音無聽覺失真的基礎(chǔ)上,有效傳遞秘密信息。(三)研究了一種在小波域內(nèi)對音頻數(shù)據(jù)幀進(jìn)行變換操作的算法�；舅悸肥抢眯〔ㄗ儞Q的能量保持與集中特性將密文信息轉(zhuǎn)變生成置亂序列作為待隱藏的信息。然后利用小波變換快速、簡單的特點(diǎn)對載體音頻文件進(jìn)行分解,將置亂后降維的密文信息序列嵌入到載體的低頻分量當(dāng)中,最后進(jìn)行反小波變換生成含隱音頻文件。該算法將密文信息隱藏在音頻信號(hào)的詳細(xì)分量中,即把密文信息放在載體音頻的能量最大的部分—低頻部分,這就使得算法的抗干擾能力很強(qiáng)。通過實(shí)驗(yàn)表明對于常見的壓縮、剪切和噪聲攻擊,小波變換方法仍然能夠識(shí)別隱藏的密文信息,具有很好的魯棒性。疊加了密文信息的聲音能進(jìn)行抗壓縮及抗噪聲等處理。此方法適用于MP3等有損壓縮多媒體文件的版權(quán)保護(hù)。本論文在語音信息隱藏的理論和應(yīng)用方面進(jìn)行了一些探索和研究。但是,該研究領(lǐng)域目前的技術(shù)距離大規(guī)模的商業(yè)化應(yīng)用、產(chǎn)業(yè)化運(yùn)作還有很多亟待解決的問題,如:建立健全一套客觀公正的語音信息隱藏的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn),隱秘信息在同步傳輸技術(shù)中的提取方法,能夠滿足商業(yè)應(yīng)用需求的基于人耳聽覺特征的盲檢測方法等。受益于密碼學(xué)、多媒體技術(shù)、現(xiàn)代通信理論等交叉學(xué)科的不斷開拓發(fā)展,語音信息隱藏研究也一定會(huì)不斷的涌現(xiàn)出新的嵌入算法和實(shí)現(xiàn)方式。希望本文的研究成果能起到拋磚引玉的效果,讓后來者能進(jìn)一步深入研究下去,推動(dòng)信息隱藏技術(shù)不斷向前發(fā)展。
【學(xué)位授予單位】：東南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TP309
【圖文】：

圖２－１信息隱藏系統(tǒng)模型逡逑２．邋２信息隱藏技術(shù)分類逡逑

圖３－１等響曲線逡逑通過觀察等響曲線可以清楚地看出人耳的聽覺特性。圖中虛線表示的是逡逑閾曲線，響度是０方；最上方的曲線對應(yīng)痛閾，響度是１２０方。人耳在１００Ｈｚ逡逑圍以下的低頻段感知范圍很窄，在６０＿１２０ｄＢ范圍內(nèi)。在４ＫＨＺ附近對聲音逡逑為敏感，可感知的范圍超過０＿１２０ｄＢ。通常情況下在４ＫＨＺ時(shí)能恰好被感知逡逑

介于兩者之間的屬于第二類。逡逑根據(jù)上面的分析，我們引出離散余弦變換域上的語音信息隱藏方法。嵌入的逡逑過程如圖４－１所示，嵌入步驟如下：逡逑原始邐ｔ邋時(shí)域邐ｉ邋能＊邐＾邋各段做逡逑音頻邐＾分幀邐＞邋攤序邐＞邋ＤＣＴ變換逡逑邐Ｉ邐邋邐邋邐逡逑密文嵌入到能＊選擇后的邐＆邐＾含密文逡逑第－類？塺巾邐＾邋＾邐ｍ逡逑密文邋邐邋混沌邋邐逡逑信息邐調(diào)制逡逑圖４－１邋ＤＣＴ域中的密文嵌入過程逡逑步驟１對語音信號(hào)Ｘ0ｔ）以Ｌ為幀長分幀處理，得到隊(duì)（0，１邋Ｓ外幺Ｌ，１幺逡逑４＜／ｎ。／ｎ為分幀后的總幀數(shù)。那么，對隊(duì)（竹）做ＤＣＴ變換，得至丨Ｊ認(rèn)（ｕ）。逡逑？ｙ＾（ｕ）邋＝邋ＤＣＴ｛＾（＾ｉ）｝，邋１邋＜ｎ＜Ｌ，邋１邋＜ｉ邋＜邋ｆｎ逡逑步驟２產(chǎn)生待嵌入的密文信號(hào)逡逑任何密文信號(hào)都可以認(rèn)為是由一個(gè)二值序列Ｚ組成的。為了讓密文信號(hào)嵌入逡逑音頻載體后難以察覺，我們加入一個(gè)二值序列Ｈ將密文調(diào)制成一個(gè)偽隨機(jī)序列Ｓ。逡逑即做異或運(yùn)算：逡逑＜Ｓ（0邋＝兄⑷？Ｚ⑷逡逑其中，Ｓ邋＝邋ｆ＆，0ＳＸＬ邋—ｌｊ，Ｌ邋＝邋ｆｘ／ｎ。，為每個(gè)音頻段嵌入的密文信息逡逑序列長度。逡逑步驟３計(jì)算第４貞語音信號(hào)認(rèn)的短時(shí)能量。逡逑計(jì)算公式如下：逡逑Ｌ－１逡逑Ｅ⑷＝［弘�、儒澹欤迹椋迹妫铄义希睿剑板义掀渲校薮淼诳曝懻Z音信號(hào)的第＃個(gè)樣本。逡逑步驟４利用步驟３得到各幀的短時(shí)能量計(jì)算平均能量Ｅ，并對各幀做篩選，逡逑根據(jù)能量高低確定每幀信號(hào)的密文嵌入強(qiáng)度。判決公式如下：逡逑３１逡逑

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2761222