基于位分级的自适应G.729语音信息隐藏方法
发布时间：2021-01-23 03:01
语音信息隐藏技术是将秘密信息嵌入至可以对外公开的实时通信语音流中,从而实现保密通信的目的。在基于语音流载体编码过程的信息隐藏方法中,为了保证嵌入秘密信息的不可感知性,必须对可隐藏位进行精确检测。针对语音信息隐藏隐藏方法中隐藏容量与隐蔽性相互制约难以达到均衡的问题,提出了一种快速精确的可隐藏位检测方案,并在分级基础上提出了一种能够实现隐藏容量与隐蔽性均衡的自适应语音信息隐藏方法。研究工作包括2个内容:第一,采用无监督学习的方法进行可隐藏位的检测,提出一种基于K-均值聚类的G.729可隐藏位分级方案;该方法以感知语音质量评估（Perceptual Evaluation of Speech Quality,PESQ）值、信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）、分段信噪比（Segment Signal-to-Noise Ratio,SegSNR）三个语音质量评价指标作为聚类分级的特征指标,通过综合分析对可隐藏位的隐写性能进行分级;第二,在K-均值聚类分级可隐藏位的基础上,结合矩阵编码提出一种自适应的语音信息隐藏方法。该方法在发送端根据位分级结果结合矩阵编码进行秘密信息的自...
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VoIP保密通信场景
中国民航大学硕士学位论文8如图2-1所示，用户A和用户B通过因特网进行语音通话，秘密信息被隐藏在语音流中，通信过程中可能受到来自C的攻击。事实上，攻击者C并不知道秘密信息的存在，只能依靠检测手段去检测秘密信息是否存在，这就是信息隐藏技术与传统加密技术的不同之处。传统的加密技术通过某种计算手段将秘密信息转换为密文，而信息隐藏则重点研究如何不让攻击者发现秘密信息的存在。传统的加密技术与语音信息隐藏技术并不相悖，将二者结合起来反而可以增加保密通信系统的安全性能。秘密信息在被嵌入之前，先对其作加密处理，有了双重保护，秘密信息即使在被攻击者获取之后仍然能够避免立刻被破解。这种结合加密技术的基于语音流载体的信息隐藏模型如图2-2所示。图2-2基于语音流的信息隐藏模型由图2-2所示的语音信息隐藏模型可以看出，结合传统加密技术的隐写方法需要先对秘密信息进行预处理，图中的密钥K代表某种加密算法，"fC,M代表将秘密信息嵌入进载体的函数，"gC,M指对应的提取函数。首先使用密钥K将明文信息M加密生成密文信息M’，然后通过嵌入函数f将密文信息M’嵌入载体语音流中，最后生成载密重构语音流。载密语音流以封装IP数据包的形式进入公开信道进行传输，接收端收到数据包之后需要对其进行缓存处理，按照与嵌入函数对应的提取函数g从载密语音流中提取出密文信息，对其进行解密，最终恢复出原始秘密信息。由于载密语音流是在公开信道中进行传输，随时可能会受到第三方的恶意检测与攻击，因此语音信息隐藏方法需要具备一定的隐蔽性以及鲁棒性，保证信道在遭受攻击的时候秘密信息依然可以避免被检测出来或被破坏。除了这两个性能指标，还需要从其他方面进行语音信息隐藏方法
中国民航大学硕士学位论文10实时性产生太大影响，VoIP通信的实时性受到各方面因素的影响，包括带宽、计算机软硬件设备、网络信道性能等，如果想要测试语音信息隐藏方法的实时性能，则可以单独考虑计算机处理每帧的时间，通过对比载密语音与未载密语音的帧处理时间分析隐写算法的实时性。2.2G.729概述G.729[42]是由ITU-T提出的一种基于共轭结构算术码本激励线性预测（Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction,CS-ACELP）算法的编码标准，是当前压缩语音编码的主流方案。G.729标准具有良好的稳健性与低时延，被广泛应用于各类语音通信中，G.729标准对输入的模拟语音信号进行8kHz采样，然后转化为16bit的线性PCM信号进入编码器进行编码处理。该标准包括编码和解码两个部分，可以在低速率编码的同时保证较好的语音质量。2.2.1G.729编码原理G.729编码器将语音信号划分为10ms一帧进行处理，对每帧语音信号进行分析之后，提取CELP参数，包括线性预测滤波系数、自适应和固定码本指数和增益等参数。编码器对提取的参数进行编码，生成比特流，传输到解码端。图2-3详细展示了G.729编码器的编码原理与过程。图2-3G.729编码原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]网络隐蔽信道关键技术研究综述[J]. 李彦峰,丁丽萍,吴敬征,崔强,刘雪花,关贝,王永吉. 软件学报. 2019(08)
[2]在小波域中实现的奇异谱分析音频隐藏算法[J]. 陆诗依,高勇. 计算机应用研究. 2020(03)
[3]语音信号的数字化混沌遮掩传输及其盲提取[J]. 陈新武,王尔馥. 黑龙江大学工程学报. 2017(02)
[4]一种加权K-均值基因聚类算法[J]. 姚登举,詹晓娟,张晓晶. 哈尔滨理工大学学报. 2017(02)
[5]基于可量化性能分级的自适应IP语音隐写方法[J]. 田晖,郭舒婷,秦界,黄永峰,陈永红,卢璥. 电子学报. 2016(11)
[6]基于小波变换的语音信息隐藏新方法[J]. 吴秋玲,吴蒙. 电子与信息学报. 2016(04)
[7]An Approach of Steganography in G.729 Bitstream Based on Matrix Coding and Interleaving[J]. WU Zhijun,CAO Haijuan,LI Douzhe. Chinese Journal of Electronics. 2015(01)
[8]基于语音编码中自适应码本的隐藏信息方法[J]. 杨婉霞,孙东红,黄永峰. 计算机工程与设计. 2013(08)
[9]基于态函数的离散分数余弦倒谱变换在取证话音信息隐藏中的应用[J]. 钟巍,孔祥维,尤新刚,王波. 电子学报. 2012(03)
[10]实现隐蔽通信的技术——信息隐藏[J]. 马秀芳,时和平,陈宝元. 电信快报. 2011(08)
硕士论文
[1]鲁棒语音识别系统中的语音增强技术研究[D]. 刘金刚.重庆邮电大学 2017
[2]基于低速率语音流的分级隐写方法研究[D]. 郭舒婷.华侨大学 2015
本文编号：2994417
【文章来源】：中国民航大学天津市
【文章页数】：60 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
VoIP保密通信场景
中国民航大学硕士学位论文8如图2-1所示，用户A和用户B通过因特网进行语音通话，秘密信息被隐藏在语音流中，通信过程中可能受到来自C的攻击。事实上，攻击者C并不知道秘密信息的存在，只能依靠检测手段去检测秘密信息是否存在，这就是信息隐藏技术与传统加密技术的不同之处。传统的加密技术通过某种计算手段将秘密信息转换为密文，而信息隐藏则重点研究如何不让攻击者发现秘密信息的存在。传统的加密技术与语音信息隐藏技术并不相悖，将二者结合起来反而可以增加保密通信系统的安全性能。秘密信息在被嵌入之前，先对其作加密处理，有了双重保护，秘密信息即使在被攻击者获取之后仍然能够避免立刻被破解。这种结合加密技术的基于语音流载体的信息隐藏模型如图2-2所示。图2-2基于语音流的信息隐藏模型由图2-2所示的语音信息隐藏模型可以看出，结合传统加密技术的隐写方法需要先对秘密信息进行预处理，图中的密钥K代表某种加密算法，"fC,M代表将秘密信息嵌入进载体的函数，"gC,M指对应的提取函数。首先使用密钥K将明文信息M加密生成密文信息M’，然后通过嵌入函数f将密文信息M’嵌入载体语音流中，最后生成载密重构语音流。载密语音流以封装IP数据包的形式进入公开信道进行传输，接收端收到数据包之后需要对其进行缓存处理，按照与嵌入函数对应的提取函数g从载密语音流中提取出密文信息，对其进行解密，最终恢复出原始秘密信息。由于载密语音流是在公开信道中进行传输，随时可能会受到第三方的恶意检测与攻击，因此语音信息隐藏方法需要具备一定的隐蔽性以及鲁棒性，保证信道在遭受攻击的时候秘密信息依然可以避免被检测出来或被破坏。除了这两个性能指标，还需要从其他方面进行语音信息隐藏方法
中国民航大学硕士学位论文10实时性产生太大影响，VoIP通信的实时性受到各方面因素的影响，包括带宽、计算机软硬件设备、网络信道性能等，如果想要测试语音信息隐藏方法的实时性能，则可以单独考虑计算机处理每帧的时间，通过对比载密语音与未载密语音的帧处理时间分析隐写算法的实时性。2.2G.729概述G.729[42]是由ITU-T提出的一种基于共轭结构算术码本激励线性预测（Conjugate-StructureAlgebraic-Code-ExcitedLinear-Prediction,CS-ACELP）算法的编码标准，是当前压缩语音编码的主流方案。G.729标准具有良好的稳健性与低时延，被广泛应用于各类语音通信中，G.729标准对输入的模拟语音信号进行8kHz采样，然后转化为16bit的线性PCM信号进入编码器进行编码处理。该标准包括编码和解码两个部分，可以在低速率编码的同时保证较好的语音质量。2.2.1G.729编码原理G.729编码器将语音信号划分为10ms一帧进行处理，对每帧语音信号进行分析之后，提取CELP参数，包括线性预测滤波系数、自适应和固定码本指数和增益等参数。编码器对提取的参数进行编码，生成比特流，传输到解码端。图2-3详细展示了G.729编码器的编码原理与过程。图2-3G.729编码原理
【参考文献】：
期刊论文
[1]网络隐蔽信道关键技术研究综述[J]. 李彦峰,丁丽萍,吴敬征,崔强,刘雪花,关贝,王永吉. 软件学报. 2019(08)
[2]在小波域中实现的奇异谱分析音频隐藏算法[J]. 陆诗依,高勇. 计算机应用研究. 2020(03)
[3]语音信号的数字化混沌遮掩传输及其盲提取[J]. 陈新武,王尔馥. 黑龙江大学工程学报. 2017(02)
[4]一种加权K-均值基因聚类算法[J]. 姚登举,詹晓娟,张晓晶. 哈尔滨理工大学学报. 2017(02)
[5]基于可量化性能分级的自适应IP语音隐写方法[J]. 田晖,郭舒婷,秦界,黄永峰,陈永红,卢璥. 电子学报. 2016(11)
[6]基于小波变换的语音信息隐藏新方法[J]. 吴秋玲,吴蒙. 电子与信息学报. 2016(04)
[7]An Approach of Steganography in G.729 Bitstream Based on Matrix Coding and Interleaving[J]. WU Zhijun,CAO Haijuan,LI Douzhe. Chinese Journal of Electronics. 2015(01)
[8]基于语音编码中自适应码本的隐藏信息方法[J]. 杨婉霞,孙东红,黄永峰. 计算机工程与设计. 2013(08)
[9]基于态函数的离散分数余弦倒谱变换在取证话音信息隐藏中的应用[J]. 钟巍,孔祥维,尤新刚,王波. 电子学报. 2012(03)
[10]实现隐蔽通信的技术——信息隐藏[J]. 马秀芳,时和平,陈宝元. 电信快报. 2011(08)
硕士论文
[1]鲁棒语音识别系统中的语音增强技术研究[D]. 刘金刚.重庆邮电大学 2017
[2]基于低速率语音流的分级隐写方法研究[D]. 郭舒婷.华侨大学 2015
本文编号：2994417
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