專利名稱：一種基于空間線索的音頻信息隱寫方法
技術領域：
本發(fā)明涉及音頻信息隱寫技術領域，尤其是涉及一種基于空間線索的音頻信息隱寫方法。
背景技術：
為了保護個人利益，乃至國家的安危，信息在傳輸過程前必須經(jīng)加密處理。然而， 目前的信息加密方法多基于傳統(tǒng)密碼學理論，經(jīng)加密后的信息在長度、復雜度、相似度等參數(shù)會具有特殊性，從而會吸引攻擊者或分析者的注意，成為重大的安全隱患，甚至威脅到國家的安全。綜上，目前還沒有絕對安全的加密方法，因此，傳統(tǒng)的保障手段——密碼學并不能真正解決信息傳輸時的安全性問題，信息隱寫方法由此而生。信息隱寫方法，是將秘密信息嵌入到其他不易引起懷疑的、無關緊要的信號中。目前，信息隱寫方法已成為多媒體和信息安全領域的一個新的研究熱點。在音頻信息隱寫領域，目前的信息隱寫方法多基于以聲道(或音軌)為載體而實現(xiàn)秘密信息的嵌入。信息隱寫方法的主要性能指標包括不可覺察性、穩(wěn)健性和嵌入量。這三者相互牽制、相互依賴，并且又互相矛盾，目前多數(shù)信息隱寫方法需要在實際應用中根據(jù)具體的需求，在三者之間尋求一個恰當?shù)钠胶?。由此可見，在提高信息的隱藏效果同時，又能增大信息的嵌入量，是目前音頻信息隱寫領域的關鍵性瓶頸問題，是急迫需要解決的重大難題。

發(fā)明內(nèi)容
為了在提高信息的隱藏效果同時，增大隱寫信息的嵌入量，本發(fā)明提出了一種以多聲道信號中所包含的各分離空間音源為隱寫信息載體的方法。本發(fā)明的技術方案為一種基于空間線索的大容量信息隱寫方法，包括以下步驟 步驟1，進行音源分離，包括對錄音后得到的多聲道音頻信號
進行多聲道音頻信號音源分離，其中KiSe, w為聲道總數(shù)，；得到各分離
音源信號S/0以及各分離音源信號對應的空間線索，其中J- = IJ, η表示音源的個數(shù)， ι >2 ；
步驟2，進行信息隱寫，包括對步驟1所得各分離音源信號A-CO分別進行信息隱寫，得到嵌入隱寫信息的各分離音源信號，其中j-=iji ；
步驟3，進行音頻合成，包括對步驟2所得嵌入隱寫信息的分離音源信號以及各
分離音源信號對應的空間線索進行合成，得到多聲道音頻信號其中l(wèi)SiSM。綜上所述，針對目前信息隱寫領域的關鍵性瓶頸難題，本發(fā)明將信息隱寫技術與
空間線索研究相交叉、結合，改變傳統(tǒng)信息隱寫技術以聲道為載體的信息隱寫方式，提出一
種新的以立體聲信號中所包含的各分離音源為載體的新信息隱寫方法。該方法能夠在保證
較好隱藏效果的同時，顯著提升隱寫信息的嵌入容量，突破了傳統(tǒng)信息隱寫技術的瓶頸難


圖1是本發(fā)明的音源分離示意圖。圖2是本發(fā)明的信息隱寫示意圖。圖3是本發(fā)明實施例的隱寫信息嵌入方式之一的流程圖。圖4是本發(fā)明實施例的隱寫信息嵌入方式之二的流程圖。圖5是本發(fā)明的音源合成示意圖。圖6是本發(fā)明實施例的流程圖。
具體實施例方式
以下結合附圖和實施例詳細說明本發(fā)明技術方案。本發(fā)明實施例提供的基于空間線索的大容量信息隱寫方法包括以下幾個步驟，流程圖參見圖6
步驟1，進行音源分離，針對包含了多個音源信號的多聲道音頻信號曷(0 ,采用音源分離技術進行多聲道音頻信號音源分離，其中l(wèi)SiSM w力聲道總數(shù)，ι 乏2 ;得到各分離音源信號3/0以及各分離音源信號對應的空間線索，其中J = IJin表示音源的個數(shù), K&2。如圖1所提供的音源分離示意圖，對來自聲道、…ι·的音頻信號Α( )、、(0 、…XtaCi)進行分離，得到音源各、S1、冬…^的分離音源信號屏(^、^(^、爲的…
以及相應空間線索1、空間線索2、空間線索3···空間線索η。本領域技術人員可以自行根據(jù)具體情況對w值進行設定。實施例中，m取值為2，即包含左聲道和右聲道的雙聲道立體聲音頻信和 ^( )。采用音源分離技術，得到分離音源信號爲￠0和相應空間線索ι、音源信號乓和相應空間線索2……分離音源信號^ ( )和相應空間線索 。具體實施時，音源分離可以采用DUET音源分離算法等現(xiàn)有技術實現(xiàn)，具體參照 YILMAZ 0， RICKARD S. Blind separation of speech mixtures via time-frequency masking. IEEE Trans, on Signal Processing, 2004，52(7)，pp. 1830-1847.該文獻提出，通過在時頻域，提取空間線索相對衰減與相對延時，構建空間線索概率分布二維直方圖，并根據(jù)概率分布，采用時頻掩碼技術標記各分離音源，在時頻域?qū)崿F(xiàn)音源分離，最后將各分離的音源信號還原到時域。步驟2，進行信息隱寫，包括對步驟1所得各分離音源信號分別進行信息隱寫，得到嵌入隱寫信息的各分離音源信號,其中J-=IJi。如圖2所示，對音源信號
進行信息隱寫，得到嵌入隱寫信息的分離音源信號S'jCO。實施例中，對分離音源信號進行信息隱寫得到嵌入隱寫信息的分離音源信號S'/O、對分離音源信號乓(0進行信息隱寫得到嵌入隱寫信息的分離音源信號對分離音源信號進行信息隱寫得到嵌入隱寫信息的分離音源信號。具體信息
隱寫過程可按如下所示實現(xiàn)
如圖3所示，將音源分離技術中的時頻掩碼與經(jīng)BCH編碼后的隱寫信息相結合，嵌入到分離音源信號的時頻域中的奇數(shù)窗，最后經(jīng)逆時頻變換(I-STFT，逆短時傅里葉變換)處理還原到時域，得到具有隱寫信息的分離音源信號。BCH編碼和逆時頻變換具體實現(xiàn)為現(xiàn)有技術。由于音源分離算法采用重疊窗，所以，只在奇數(shù)窗中嵌入隱寫信息，偶數(shù)窗則可認為是對隱寫信息的一種攻擊。設時頻掩碼為Af/t )，隱寫信息為^taCJt)，l<k^engthidata)；進行BCH編碼，
得到編碼后的隱寫信息為, 1< </ Α(α Α),分離音源信號為 ,經(jīng)STFT(短時傅里葉變換)處理后的時頻域音源信號為,已嵌入隱寫信息的時頻域分離音源信號為『私鉤。其中變量ι代表時間 代表頻率、(MH)代表時頻域，表示隱寫信息的長度，to^giftCcafe)為編碼后的隱寫信息的長度。設定隱寫信息嵌入系數(shù)A(^l0Os),《0),^|( ^及+)。其中，
為隱寫信息時頻域范圍系數(shù)，_為隱寫信息能量嵌入系數(shù)。具體實施是，各系數(shù)可以由本領域技術人員根據(jù)實驗進行經(jīng)驗取值。例如^^ )=20，1^0) =60,^(0) =80,^))=120,^1=16.,具體隱寫信息嵌入算法如下 0 若*為奇數(shù)窗，則嵌入隱寫信息
a)若《 & = 1)，則如式i修改時頻域隱寫信息嵌入系數(shù)_， )
I-M1JmdJ0( ) < ( )
-7= SlCffl) < <4( >)(1)
vmuf
1O^iermsB
b)若= 1，則如式2修改時頻域隱寫信息嵌入系數(shù)
I ^hbiI
^{ω)<ω<^{ω}(2)
1oihsrmse
根據(jù)時頻域隱寫信息嵌入系數(shù)PCt ),如式3嵌入隱寫信息 StjIi^ = φ^ ffl) Afj (4(3 )
0 若*為偶數(shù)窗，則無需操作；
最后，利用逆時頻變換(I-STFT，短時傅里葉變換)，將時頻域信號還原到時域，完成隱寫信息的嵌入。
具體實施時信息隱寫過程還可以采用其他方式實現(xiàn)，例如如圖4所示，根據(jù)音源分離技術中的時頻掩碼，將經(jīng)糾錯編碼后的隱寫信息嵌入各分離音源信號的時頻域中，最后經(jīng)逆時頻變換(I-STFT，逆短時傅里葉變換)處理還原到時域，得到具有隱寫信息的分離音源信號。糾錯編碼和逆時頻變換具體實現(xiàn)為現(xiàn)有技術。設時頻掩碼為M/t_ ,隱寫信息為data(ky , l<Jt<；進行糾錯編
碼，得到編碼后的隱寫信息為, 1< <Εα^ €θΑ},分離音源信號為巧 ,經(jīng)STFT (短時傅里葉變換)處理后的時頻域音源信號為，已嵌入隱寫信息的時頻域分離音源信號為S_jft )。其中變量 代表時間、β代表頻率、ft )代表時頻域，fcugrtCdhte)表示隱
寫信息的長度，h^CiMb}為編碼后的隱寫信息的長度。設定隱寫信息嵌入系數(shù)，
權利要求
1. 一種基于空間線索的音頻信息隱寫方法，其特征在于包括以下步驟步驟1，進行音源分離，包括對錄音后得到的多聲道音頻信號6(0,進行多聲道音頻信號音源分離，其中ISii Bt為聲道總數(shù)，Hf乏2 ；得到各分離音源信號S/0以及各分離音源信號對應的空間線索,其中= w表示音源的個數(shù)， n>2 ；步驟2，進行信息隱寫，包括對步驟1所得各分離音源信號分別進行信息隱寫，得到嵌入隱寫信息的各分離音源信號,其中/ = Lw ；步驟3，進行音頻合成，包括對步驟2所得嵌入隱寫信息的分離音源信號以及各分離音源信號對應的空間線索進行合成，得到多聲道音頻信號ι',-CO,其中1^^111。
全文摘要
本發(fā)明涉及信息隱寫技術領域，提出了一種基于空間線索的音頻信息隱寫方法。該方法包括音源分離步驟，對輸入的多聲道立體聲音頻信號進行音源分離，得到各個分離音源信號以及每個音源的空間線索信息；信息隱寫步驟，對每個分離音源信號分別進行信息隱寫操作；音頻合成步驟，利用各分離音源信號對應的空間線索，將已經(jīng)嵌入隱寫信息的分離音源信號還原為多聲道音頻信號。本發(fā)明通過分離音頻后進行信息隱寫，從而在提高信息的隱藏效果同時，在數(shù)量級的程度上增大隱寫信息的嵌入量。
文檔編號G10L19/00GK102254561SQ20111023691
公開日2011年11月23日 申請日期2011年8月18日 優(yōu)先權日2011年8月18日
發(fā)明者常迪, 楊玉紅, 涂衛(wèi)平, 王曉晨, 胡瑞敏, 董石, 郭偉, 黃倩 申請人:武漢大學