專利名稱：一種基于線性干擾抵消的語音隱秘通信方法
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)字語音通 信、數(shù)字信號處理技術(shù)。具體地說，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 音水印方法。
背景技術(shù)：
在信息時代，信息交流變得越來越頻繁，人們在方便地獲取信息和交流信息的同 時，還需要能安全地存儲和傳輸信息。由于數(shù)字信息的可復(fù)制性，使得對數(shù)字作品侵權(quán)越來 越容易，篡改也更加方便，由此出現(xiàn)了一系列的版權(quán)爭端問題。信息隱藏技術(shù)是通過一定的 算法將隱秘信息嵌入到被數(shù)字載體信號(如圖像、語音、視頻等)中，來證明版權(quán)歸屬或?qū)?現(xiàn)隱秘通信，已經(jīng)成為多媒體信號處理領(lǐng)域中的一個研究熱點。語音信息隱藏是以語音信 號為載體的隱藏技術(shù)，它在語音版權(quán)保護、隱秘通信、語音內(nèi)容驗證和語音壓縮帶寬恢復(fù)等 領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。語音隱秘通信技術(shù)是把秘密信息隱藏在公開的語音信號中傳輸，通過公開語音信 息的傳輸來達到掩蓋傳送秘密信息的目的。由于語音通信信道中存在數(shù)量巨大的語音信 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，秘密信息便得以安 全傳送。相對于圖像、視頻等載體而言，語音信息隱藏的研究比較晚。目前語音信息隱藏算 法大體上有參數(shù)建模方法、時間軸壓擴方法以及擴頻隱藏方法等。但由于語音信號自身的 特點，這些算法在應(yīng)用時存在一些不足。參數(shù)建模法通過修改模型的相關(guān)參數(shù)，在語音信號 中嵌入隱秘信息?？墒沁@種方法抗濾波操作性能不強，而且它只能使用明檢測，這樣就限制 了它的應(yīng)用范圍。時間軸壓擴法是對一些特征的持續(xù)時間進行量化指數(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)有的語音信息隱藏方法，都不能解決載體語音信 號對水印信號的宿主干擾問題。由于語音信號的功率遠大于水印信號的功率，宿主干擾嚴 重影響了語音信息隱藏的隱藏容量。本發(fā)明的擴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，使用載體信號的功率譜對水印信號進行功率譜整形，在語音信 號的預(yù)測殘差模型中嵌入水印。并且在嵌入之前對水印信號進行了預(yù)抵消處理，然后利用 含水印殘差驅(qū)動線性預(yù)測模型合成語音信號，有效地消除了載體語音對水印檢測的干擾。 解決了語音信息隱藏的宿主干擾問題，從而在接收端獲得更好的解碼性能。

發(fā)明內(nèi)容
在語音信息隱藏中，語音載體嚴重影響隱密信息的隱藏容量。本發(fā)明的目的是針 對普通語音信息隱藏技術(shù)中的宿主干擾問題，提出一種適應(yīng)于語音信號載體的擴展線性干 擾抵消隱秘通信方法。語音隱秘通信技術(shù)的特點是隱秘消息的傳輸必須依附一定語音載體。在接收端采 用盲檢測時，不僅信道噪聲對水印解碼性能有較大的影響，而且語音信號對水印信號的檢 測也有很大的干擾。在語音信息隱藏中，載體語音對水印檢測的干擾遠超過信道噪聲的影響，這種語音宿主干擾不容忽視。普通擴頻語音隱藏技術(shù)中，水印信號獨立于載體而不是充 分適應(yīng)于載體信號。載體信號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 解決宿主干擾問題。因為普通LIC方法是一種基于相關(guān)檢測的方法，相關(guān)檢測實際上是將 接收信號在水印信號方向上的投影與檢測閾值的比較，它是高斯白噪聲中確知信號的最優(yōu) 檢測器。然而語音信號是一種相關(guān)信號即色噪聲信號，對于色噪聲信號而言，相關(guān)檢測器并 不是最優(yōu)的。而本發(fā)明提出的水印嵌入和檢測方法，解決了語音等色噪聲載體的信息隱藏 技術(shù)中的宿主干擾問題。本發(fā)明基于線性干擾抵消的語音隱秘通信方法，載體信號采用模擬語音信號經(jīng)過 A/D轉(zhuǎn)換后得到的離散時間語音序列，或者其他具有自回歸模型結(jié)構(gòu)的色噪聲信號序列。在語言隱秘通信中，水印設(shè)計者希望在不影響語音聽覺質(zhì)量的前提下，嵌入盡量 多的水印信號能量。根據(jù)人類的聽覺系統(tǒng)的掩蔽特性可知當(dāng)兩個純音分量的頻率相近時， 弱音會被強音隱蔽掉，人只能感覺到強音。采用對水印信號的功率譜進行整形的方法，調(diào)節(jié) 水印信號的功率譜，使之與語音信號的功率譜具有相似的形狀，從而達到嵌入更多水印信 號能量的目。為了對水印信號進行功率譜整形，首先要分析載體語音信號的特性。由語音 信號的產(chǎn)生模型可知發(fā)音過程中的輻射、聲道以及聲門激勵的全部譜效應(yīng)可簡化為一個 時變?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音信號中，接收方采用隱秘信息 檢測器提取隱秘信息；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，采用擴頻方式生成水印，擴頻序列選用二值序列且歸一化為單 位長度的向量；原始水印信號的單位方向可以用歸一化擴頻序列向量來表示，水印信號嵌 入強度根據(jù)要求的嵌入失真來調(diào)節(jié)；2)對采集的語音信號進行線性預(yù)測分析，并得到相應(yīng)的線性預(yù)測系數(shù)；線性預(yù)測系數(shù) 作為聲道逆濾波器的參數(shù)，對語音信號進行濾波，獲得語音預(yù)測殘差信號；3)將生成的原始水印信號與預(yù)測殘差信號作預(yù)抵消處理，獲得抵消后的水印信號，在 嵌入水印之前消除載體干擾；4)經(jīng)過預(yù)抵消操作后的水印信號，嵌入到語音預(yù)測殘差中；使用含水印殘差信號驅(qū)動 線性預(yù)測模型生成含水印語音信號；線性預(yù)測模型的預(yù)測系數(shù)的值，使用步驟幻中得到的 線性預(yù)測系數(shù)；隱秘信息檢測器，采用白化濾波和檢測相級聯(lián)的形式，包括以下處理模塊和步驟(1)對接收的語音信號進行線性預(yù)測分析，得到線性預(yù)測系數(shù)；使用該系數(shù)作為逆濾 波器參數(shù)，對接收語音進行白化處理，獲得接收殘差信號；(2)根據(jù)與發(fā)送端共享的水印模板，使用檢測器對接收殘差信號進行檢測解碼，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)水印信號嵌入到語音預(yù)測殘差之前，預(yù)先在水印信號中去除殘 差信號對于水印檢測的干擾；即是在水印信號中減去語音殘差信號在水印信號上的投影， 得到抵消后的水印信號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表示水印嵌入強度，(UtP) P表示語 音預(yù)測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音隱秘通信方法。解決了普通語音隱秘通信技術(shù)中宿主干擾問題，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音預(yù)測殘差中，嵌入采用擴頻嵌入方式，并且在嵌入之前對水印信號進行預(yù)抵消處理。含水印的語音信號通過普通語音信道傳輸。在接收端，檢測器對接收的語音進行線性預(yù)測分析，然后對語音信號進行白化濾波處理，并采用相關(guān)檢測器來提取隱秘信息。本發(fā)明所述方法可用于隱秘通信、語音版權(quán)保護、內(nèi)容驗證等領(lǐng)域。
文檔編號G10L19/00GK102074238SQ20101058340
公開日2011年5月25日 申請日期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 申請人:山東科技大學(xué)