以波形文件為載體的信息隱藏技術(shù)研究.pdf

1、當今社會，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)展的時代，信息數(shù)據(jù)的數(shù)字化存儲和傳播頻率呈現(xiàn)出爆炸式的增長，隨之而來的對私密數(shù)據(jù)和知識產(chǎn)權(quán)保護的關(guān)注也水漲船高。隨著技術(shù)的進步，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產(chǎn)權(quán)保護措施。該項技術(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導(dǎo)致我們的耳朵對接收到的音頻信號的變動十分敏感，所以如果想在音頻信號中嵌入秘密數(shù)據(jù)的難度比在圖像等其他

2、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中后，含隱信號在傳輸過程中會受到雜亂隨機噪聲的干擾、發(fā)送和接收時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)的音頻信號信息隱藏方法主要是最小信息位、回聲等信息隱藏算法?；跁r域的信息隱藏算法的特點是實現(xiàn)簡單，隱藏的數(shù)據(jù)量很大。但是時域算法的缺點也很突出，例如隱秘載體的已嵌

3、入部分和未作修改的部分具有不同的統(tǒng)計特性，另外時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理的特性，以人耳的聽覺感知特征和音頻信號的聲學特征為出發(fā)點，運用變換域的信號處理技術(shù)實現(xiàn)語音信號中的信息隱藏。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)和對載體音頻信號做小波變

4、換等操作后將密文信息嵌入到載體音頻信號當中，同時在時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算的特征，將密文信號分散嵌入到載體信號中。嵌入的規(guī)則是:根據(jù)載體音頻每一幀信號不同的能量值，將全部的幀信號分為高中低三類，根據(jù)每幀信號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

5、，在保證語音載體信號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)每幀信號能量的高低將數(shù)據(jù)幀分類篩選，然后用含隱信號幀和原始數(shù)據(jù)幀作差，從差值信號中提取低頻系數(shù)實現(xiàn)密文信息和載體信息的分離，從而提取出密文信息。從實驗結(jié)果來看，本算法保持了隱藏前后載體語音的價值體現(xiàn)出透明性，人為加入一些雜亂的聲音充當噪聲、故意對數(shù)據(jù)幀進行壓縮再解壓操作充當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。

6、>　　(二)研究了一種在語音信號的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能量所具有的較強穩(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)來反向計算出被改后的參數(shù)的對數(shù)頻譜;對這個對數(shù)頻譜求指數(shù)后得到一個結(jié)果，再用MEL濾波器組對這個結(jié)果進行濾波操作得到新的線性譜;最后對這個新的線性譜做FFT反變換得到新的含有隱藏密文的時域信號。這個新得到的含隱時域信號在聽覺上和原始信號

7、基本沒有差異，以此實現(xiàn)信息的隱藏。反之在信息提取過程中利用隱藏和提取時的幀同步，可以準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、簡單的特點對載體音頻文件進行分解，將置亂后降維的密

8、文信息序列嵌入到載體的低頻分量當中，最后進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的詳細分量中，即把密文信息放在載體音頻的能量最大的部分一低頻部分，這就使得算法的抗干擾能力很強。通過實驗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。
　　本論文在語音信息隱藏的理論和應(yīng)

9、用方面進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價標準，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、多媒體技術(shù)、現(xiàn)代通信理論等交叉學科的不斷開拓發(fā)展，語音信息隱藏研究也一定會不斷的涌現(xiàn)出新的嵌入算法和實現(xiàn)方式。希望本文的研究成果能起到拋磚引玉的效果，讓后來者能進一步深入研究