語音信息隱藏關(guān)鍵技術(shù)的研究.pdf

1、語音信息隱藏是信息隱藏領(lǐng)域的研究難點。由于人耳對語音頻段信號非常敏感，在語音信號中嵌入隱秘數(shù)據(jù)比圖像等其他載體難度更大。嵌入隱秘信息的語音信號通過電話、網(wǎng)絡(luò)等信道傳輸時，信道噪聲、語音壓縮與解壓、同步及濾波等影響因素對隱藏算法提出了很高的抗攻擊性和魯棒性要求。此外，對接收的語音信號進行隱藏信息的盲判決和盲提取方法也不同于應(yīng)用于圖像等其他信息隱藏載體的方法。
　　傳統(tǒng)語音信息隱藏方法在時域語音信號中嵌入隱藏信息，主要有最小信息位、相

2、位、回聲等信息隱藏方法。在變換域中嵌入隱藏信息也越來越受到研究者的重視，這類方法主要利用語音信號的傅里葉變換、離散余弦變換和小波變換等嵌入隱藏數(shù)據(jù)。由于語音信息隱藏方法與人類聽覺感知機理密切相關(guān)，如何利用入耳的聽覺感知特征和語音的聲學(xué)特性嵌入隱藏信息也是當(dāng)前的研究熱點。本文針對隱秘性、魯棒性、安全性等應(yīng)用需求，深入探索入耳聽覺特征，研究了語音信息隱藏的若干算法，取得了以下研究成果:
　　1、提出了一種分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域語音信息安全

3、隱藏方法。該方法對原始語音信號進行分?jǐn)?shù)傅里葉變換，在變換域嵌入隱藏信息，并將嵌入隱藏信息的信號進行分?jǐn)?shù)傅里葉反變換后再進行傳輸。分?jǐn)?shù)傅里葉變換具有能量聚焦的特點，可使原始語音和嵌入隱藏信息的語音在時域和頻域的方差很小，分散了嵌入信息在傳統(tǒng)時頻域的能量分布。由于目前對隱藏信息的分析與檢測大多基于時頻分析，該方法偽裝性強，保證了隱秘信息的安全。在隱藏信息提取時，利用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的能量聚集特性，可以實現(xiàn)語音載體及隱秘信息的分離，對隱藏信息

4、進行有效提取。仿真與實驗結(jié)果表明，基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的語音信息隱藏算法具有較高的隱秘性和安全性，并對常規(guī)的噪聲攻擊、低通濾波攻擊和下采樣攻擊具有抵抗能力。
　　2、提出了一種魯棒的回聲信息隱藏方法?；芈曅畔㈦[藏原理是在原始語音載體中疊加適度的回聲信號，而隱藏數(shù)據(jù)的包含在疊加的回聲中。由于人耳聽覺特性中的時域掩蔽效應(yīng)，短延時回聲會被聲強較大的原始語音信號屏蔽，難以察覺，甚至使聽者主觀感覺聲音更飽滿。本文提出的嵌入算法簡單，隱秘性強

5、。在接收端本文提出的方法采用次梯度投影算法估計嵌入信息的回聲路徑，并通過回聲路徑分析進行隱秘數(shù)據(jù)提取。為了增強魯棒性，本文改進了次梯度投影算法的自適應(yīng)收斂策略，提出一種基于噪聲估計的自適應(yīng)收斂算法。仿真與實驗結(jié)果表明，在同經(jīng)典倒譜提取算法的比較中，本文提出的自適應(yīng)次梯度投影算法在濾波攻擊、噪聲攻擊、采樣攻擊和壓縮攻擊下，顯著提高了回聲隱藏數(shù)據(jù)提取算法的魯棒性。
　　3、提出了一種粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信息隱藏方法。粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)

6、算法源于鳥群和魚群等群體智能，是一種簡單且易用實現(xiàn)的全局優(yōu)化計算方法。本文提出的方法在嵌入隱秘數(shù)據(jù)的同時，嵌入部分訓(xùn)練樣本，以保證接收端可以組建神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取隱秘數(shù)據(jù)。在隱秘信息提取端，首先通過樣本訓(xùn)練的方法獲取神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，利用訓(xùn)練完成的粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對經(jīng)過變換的數(shù)據(jù)矩陣提取隱藏信息。為了提高訓(xùn)練效率和解碼精度，算法首先利用小波分解獲得接收信號的高頻系數(shù)，然后計算高頻系數(shù)的特征值，并采用Fisher鑒別比(FDR)方法選擇32個最優(yōu)

7、特征值訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。對于嵌入二值隱秘圖像信息的仿真與實驗表明，粒子群優(yōu)化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信息隱藏算法比BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和Elman神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)抗干擾性能強，解碼率高。對濾波攻擊、噪聲攻擊、采樣攻擊、動態(tài)范圍壓縮攻擊和拉伸攻擊的對比實驗表明，本文提出的算法具有優(yōu)良的抗攻擊性能和魯棒性。
　　4、提出了一種符合人耳感知特征的相位調(diào)制語音信息隱藏方法。由于人耳對聲音的相位信息不敏感，無法感知在相位調(diào)制中嵌入的隱藏信息。在隱藏信息嵌入端，本文提出的方法通

8、過兩種IIR全通濾波器對原始語音信號進行濾波處理，嵌入濾波后的隱秘數(shù)據(jù)。在隱藏信息提取端，通過提取接收信號和原始語音信號之間的相位差，對隱秘信息進行檢測和判決。通過主、客觀評價測試以及魯棒性（降采樣，幅度壓縮和MP3壓縮）仿真實驗表明，本文提出的相位調(diào)制語音信息隱藏方法不僅具有較高的魯棒性，而且顯著提高了相位調(diào)制隱藏的感知透明性。
　　本論文在語音信息隱藏的理論和應(yīng)用方面取得了一些成果。但是，該研究領(lǐng)域還存在很多亟待解決的問題，如