一种基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息隐藏检测领域，适用于以低速率语音为载体的隐写或隐蔽通信检 测，更具体地说，涉及一种基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法。
【背景技术】
[0002] 随着计算机网络和多媒体技术的飞速发展，因特网中流动的信息量也与日俱增。 计算机网络在给人们带来信息传递的快捷通道的同时也带来了信息安全上的诸多隐患。数 字隐写是上世纪90年代兴起的一种安全技术，它是通过把隐秘信息隐藏于可公开的载体 (如文本、图像、语音、视频等）中以达到安全通信的目的。相比于传统的加密技术，隐写技 术不仅让隐秘信息"不可读"，更让通信过程"不可见"，因而为隐秘信息的传递提供了更好 的安全性。也正是因为隐写技术的高安全特性，使得许多不法分子试图借以传递窃取的机 密信息，让网络安全，甚至个人隐私和国家安全都蒙受不同程度的损失。因此，隐写技术的 检测逐渐受到人们的重视，并成为一个新的研宄热点。
[0003] 近年来，随着IP电话的广泛应用，基于语音的隐写受到广泛关注，代表性的方法 主要包括基于最低有效位（Least Significant Bit, LSB)替换的隐写方法（见C Wang, Q. Wu. Information Hiding in Real-Time VoIP Streams,Proceedings of the 9th IEEE International Symposium on Multimedia，10_12Dec. 2007, pp. 255-262)，基于量化索引调 制（Quantization Index Modulation，QIM)隐写方法（见 H. Tian，J. Liu，S. Li. Improving Security of Quantization-Index-Modulation Steganography in Low Bit-rate Speech Streams，Multimedia Systems，2014, 20(7) :143-154)和基于编码转换的隐写方法（见 W. Mazurczykj P. Szagaj K. Szczypiorskij Using Transcoding for Hidden Communication in IP Telephony，Multimedia Tools and Applications，2014, 70 (3) :2139-2165)等〇
[0004] 较之基于语音的隐写技术的快速发展，面向语音隐写的检测技术的发展则落 后很多。以基于LSB替换的语音隐写为例，目前尚无普遍有效的隐写检测方法，并且在 传统图像载体隐写检测中已成功应用的方法，如卡方检测（见A. Westfeld，A. Ptzmann. Attacks on Steganographic Systems, Proceedings of the 3rd International Workshop on Information Hiding，Sep. 29-〇ct. 1，1999, pp. 61-76)，RS 方法（见 J. Fridrich，M. Goljanj R. Du. Reliable Detection of LSB Steganography in Grayscale and Color Images, Proceedings of the ACM 2001International Workshop on Multimedia and se curity，Sep. 30_0ct. 5, 2001，pp. 27-30)和 SPA 算法等（S. Dumitrescu，X. Wu，N. Memon. On Steganalysis of Random LSB Embedding in Continous-tone Images, Proceedings of IEEE 2002International Conference on Image Processing，Sep.22-25, 2002， pp.641-644)，在基于语音的隐写检测中却难以直接应用。主要原因是在低速率语音（如 ITU-T G. 729a，G. 723.1和IETF iLBC等）中所谓的"LSB"与图像载体中LSB不同，并不是 真正的每个参数的最低位，而是对于语音质量影响较小的若干个比特位，因此有可能在同 一个参数中存在多个可被隐写的"LSB"，从而使得以参数为统计单位的相关特征难以奏效。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种基于比特位组合的语音隐写检 测方法，其目的是克服传统LSB隐写检测方法不能应用于低速率语音的问题。并提出基于 比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法。
[0006] 本发明的技术方案如下：
[0007] 一种基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，步骤如下：
[0008] 1)采集语音样本，对语音样本进行语音质量客观评价，根据预计的规则排序，构建 待检比特位队列；
[0009] 2)依次将待检比特位队列各结点的比特位置为长度为N的二进制数中的最低比 特位，得到基于比特组合的待检参数集合；
[0010] 3)基于卡方统计，根据待检参数集合对待检比特位队列进行隐写检测。
[0011] 作为优选，步骤1)具体为：
[0012] 1. 1)采集预设长度的语音样本，对语音帧逐位置反，得出各比特置反后的语音质 量客观评价分数；
[0013] 1. 2)对语音质量客观评价分数大于等于预设的评价阀值的比特位，按照所得分数 从大到小进行排序，构建待检比特位队列，每个结点储存该比特位在语音帧中的位置。
[0014] 作为优选，评价阀值为3. 5-3. 8。
[0015] 作为优选，步骤1)中，待检比特位队列在隐写检测前构建完成，并允许进行反复 利用。
[0016] 作为优选，步骤2)具体为：
[0017] 2. 1)提取待检比特位队列的队首结点的比特位，将其置为长度为N的二进制数中 的最低比特位；
[0018] 2. 2)随机生成前N-I位比特，构建对应的待检参数；
[0019] 2. 3)对各帧中相同比特位，执行步骤2. 1)、步骤2. 2)，得到待检参数集合；
[0020] 2.4)删除队首结点。
[0021] 作为优选，步骤3)具体为：
[0022] 3. 1)确定需缓冲的语音帧数b，并初始化t = b ;
[0023] 3. 2)提取待检参数集合中的前t个待检参数，统计其中数值2i及2i+l出现的频 率h2dP h 2i+1，并按下式计算值对平均频率h#2i:
【主权项】
1. 一种基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特征在于，步骤如 下： 1) 采集语音样本，对语音样本进行语音质量客观评价，根据预计的规则排序，构建待检 比特位队列； 2) 依次将待检比特位队列各结点的比特位置为长度为N的二进制数中的最低比特位， 得到基于比特组合的待检参数集合； 3) 基于卡方统计，根据待检参数集合对待检比特位队列进行隐写检测。
2. 根据权利要求1所述的基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特 征在于，步骤1)具体为： 1. 1)采集预设长度的语音样本，对语音帧逐位置反，得出各比特置反后的语音质量客 观评价分数； 1. 2)对语音质量客观评价分数大于等于预设评价阀值的比特位，按照所得分数从大到 小进行排序，构建待检比特位队列，每个结点储存该比特位在语音帧中的位置。
3. 根据权利要求2所述的基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特 征在于，评价阀值为3. 5-3. 8。
4. 根据权利要求1所述的基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特 征在于，步骤1)中，待检比特位队列在隐写检测前构建完成，并允许进行反复利用。
5. 根据权利要求1所述的基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特 征在于，步骤2)具体为： 2. 1)提取待检比特位队列的队首结点的比特位，将其置为长度为N的二进制数中的最 低比特位； 2. 2)随机生成前N-I位比特，构建对应的待检参数； 2. 3)对各帧中相同比特位，执行步骤2. 1)、步骤2. 2)，得到待检参数集合； 2.4)删除队首结点。
6. 根据权利要求1所述的基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，其特 征在于，步骤3)具体为： 3. 1)确定需缓冲的语音帧数b，并初始化t = b ; 3. 2)提取待检参数集合中的前t个待检参数，统计其中数值2i及2i+l出现的频率h2i 和h2i+1，并按下式计算值对平均频率h#2i:
3.3) 计算卡方统计量，具体如下：
其中，k表示数组前t个数值构成的值对数量； 3.4) 计算隐写概率p，具体如下：
若t等于语音样本的帧数f·，则该待检比特位检测完成； 若t小于语音样本的帧数f，则t = t+Ι，返回步骤3. 2); 如果隐写概率P始终高于预设的概率阀值，则表示含有隐秘信息，并判定隐写概率P 值下降的点为隐写结束的标志，进而确定隐写的长度；否则，判定当前待检比特位未用作隐 写，并返回步骤1)。
【专利摘要】本发明涉及一种基于比特组合的低速率语音最低有效位隐写检测方法，步骤如下：采集语音样本，对语音样本进行语音质量客观评价，根据预计的规则排序，构建待检比特位队列；依次将待检比特位队列各结点的比特位置为长度为N的二进制数中的最低比特位，得到基于比特组合的待检参数集合；基于卡方统计，根据待检参数集合对待检比特位队列进行隐写检测。本发明通过比特位组合的方式解决了传统LSB检测算法难以应用于低速率语音隐写检测的问题。在检测过程中本发明通过预先对可隐藏位根据其隐写性能进行排序，可有效提高检测效率。此外，本发明中的比特位组合方法与语音的具体编码方式无关，适用于所有低速率语音LSB隐写的检测，具有良好的普适性。
【IPC分类】G10L25-78, G10L19-018
【公开号】CN104681031
【申请号】CN201410743434
【发明人】田晖, 吴彦鹏, 卢璥, 黄永峰, 陈永红, 王田, 蔡奕侨, 刘进
【申请人】华侨大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2014年12月8日