专利名称：基于amr-wb码率伪装的ip语音隐蔽通信方法
基于AMR-WB码率伪装的IP语音隐蔽通信方法技术领域
本发明属于安全通信领域，特别涉及信息隐藏以及IP电话领域，具体涉及一种采用码率伪装技术，在G722. 2编码语音帧中隐藏信息的IP隐蔽通信方法。
背景技术：
信息隐藏是一种新的信息安全技术，近年来得到了迅速的发展，可广泛应用于数字信息的版权保护、认证、机密信息的隐蔽传输等领域。它是利用人类感觉器官的不敏感性 (感觉冗余)，以及多媒体数字信号本身存在的冗余(数据特性冗余)，将信息隐藏在一个可公开的载体媒介中，在不影响载体媒介感觉效果和使用价值的前提下，使得机密信息不被察觉。隐蔽通信是指采用信息隐藏技术将机密信息隐藏在普通多媒体信息中再进行传输， 具有较好的隐蔽性和安全性，可用于军事、商业保密通信等。
传统的信息隐藏研究主要集中在存储媒体，例如文本、图片、音频、视频等。近年来，信息隐藏研究逐渐转向网络协议以及实时流媒体。IP电话(VoIP)是一种典型的流媒体通信技术，为用户提供了一种实时的语音通信手段。随着Internet技术和语音编码技术的发展，研究基于VoIP的隐蔽通信技术已经成为一个备受关注的课题。现有的基于 VoIP的隐蔽通信技术主要包括2大类，一类是通过修改语音信号来嵌入信息，例如Tian，H .，Zhouj K.，Jiangj H.，Liuj J.，Huangj Y.，Feng D. : An M-Sequence Based Steganography Model for Voice的LSB法；另一类是利用RTP协议的冗余字段来嵌入信息，例如 Mazurczyk, ff. , Kotulski, Z. :New security and control protocol for VoIP based on steganography and digital watermarking, In Proc. of 5th International Conference on Computer Science-Research and Applications(IBIZA2006), Poland, Kazimierz Dolny9-lIFebruary 2006。关于以上2类方法的文献很多,但第一类方法目前已经存在大量的检测算法，第二类则容易受到防火墙屏蔽，此外，这些算法大多针对PC机平台设计，不利于在手机VoIP应用中实现。
G722. 2 (或者AMR-WB)是一种自适应多速率宽带语音编码，主要用于移动设备语音压缩。它将16-bit线性PCM语音采样值编码生成132，177，253，285，317，365，397，461 或 477bits 数据语音帧，输出码率共有 9 种6. 6，8. 85，12. 65，14. 25，15. 85，18. 25，19. 85， 23. 05和23. 85kbit/s。该编码器被3GPP/ETSI和ITU-T采用，成为第一个同时被无线和有线通信采用的语音编码技术。因此基于G722. 2的VoIP在移动电话上有广泛的应用前景， 基于此设计的隐蔽通信方法具有很高的实用价值。发明内容
本发明目的是提出一种基于G722. 2码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，可以实现在移动设备上的大容量隐蔽数据传输，解决了现有技术中隐蔽信息传输容易受到检测方法限制或者不能透过防火墙等问题。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明的技术方案是3
—种基于G722. 2码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，其特征在于所述方法以 G722. 2编码语音帧为载体嵌入隐藏信息进行传输，包括以下步骤
(I)发送端根据网络状况选取IP通话中适合的两种语音编码模式，记为编码器A、 B，编码器A的编码数据块大小为Sa，编码器B的编码数据块大小为Sb ;假设4>&，则每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小Se = Sb-Sa ；
(2)发送端采用编码器A对语音信号进行编码，并在每个语音帧尾部填充Se bit 隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型PT为编码器A ；
(3)接收端用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，提取出有效语音帧之后的数据即为隐藏信息。
优选的，所述方法中编码器的编码速率选自6. 6、8. 85、12. 65、14. 25、15. 85、 18.25、19.85,23. 05 和 23. 85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为12. 65kbit/s，编码器B的编码速率为 15.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为14. 25kbit/s，编码器B的编码速率为 18.25kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为15.85kbit/s，编码器B的编码速率为 19.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为18. 25kbit/s，编码器B的编码速率为 23. 85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为19. 85kbit/s，编码器B的编码速率为 23. 85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为23. 05kbit/s，编码器B的编码速率为 23. 85kbit/s。
本发明技术方案利用G722. 2存在多个码率编码器的特性，将隐藏信息填充在低码率编码语音帧尾部，伪装成高码率的编码语音帧。所述方法以G722. 2编码语音帧为信息隐藏载体，所述方法没有修改编码算法以及编码参数，只是将低码率编码语音帧长度伪装成高码率编码语音帧长度进行传输，该方法不会造成编码器的负面影响。
隐藏信息嵌入在低码率语音帧之后，嵌入大小为高码率语音帧长度减去低码率语音帧长度。所述方法不需要隐蔽通信双方预先协商编码类型，通过RTP头部字段PT指示解码器类型以及有效语音帧长度。第三方无法从加密后的语音帧发觉异常。因此，本发明在不影响IP电话通话语音质量的前提下，可以实现大容量机密信息的传输。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是
I.没有修改编码器或解码器，只是对编码后的语音帧进行了填充，操作简便易行， 没有增加系统计算负担；
2.本发明以G722. 2编码语音帧为载体，适合在移动设备上使用；
3.本发明隐藏信息嵌入率大于现有技术方法，其最大嵌入率可达5. 6kbps，效率非常闻;
4.本发明方法灵活，可以推广到其他编码器中去，实用性强。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述
图I为基于G722. 2码率伪装的IP语音隐蔽通信方式的流程图2为采用SRTP安全协议的RTP头部字段结构示意图3为码率伪装数据包结构示意图4为实施例实验传输前的隐藏文件；
图5为实施例实验传输后提取的隐藏文件。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据实际情况做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例
本实施例提供的基于G722. 2码率伪装的IP语音隐蔽通信方式，实现机密信息的隐蔽传输功能，机密信息可以是普通文本，或者其他文件数据等。
图I给出了本发明的功能实现结构图，本发明的具体实现步骤是
(I)预处理阶段，发送端根据当前网络状况决定IP通话中所适合采用的语音编码模式，选择一种低码率的编码模式，记为编码器A，其编码数据块大小为Sa ;选择一种高码率的编码模式，记为编码器B，其编码数据块大小为Sb ;计算每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小 Se = Sb-Sa。
(2)发送端，采用编码器A对16-bit线性PCM语音信号进行压缩编码，在每个语音帧(20ms)尾部填充Se bit隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型(PT)为编码器A ;
(3)接收端，用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，采用解码器A对有效语音帧进行解码，有效语音帧之后的数据即隐藏信息写入到秘密文件中去。
方法中预处理的过程包括①.根据网络状况，从G722. 29种编码速率中选择合适的2种编码模式低码率编码器A和高码率编码器B ;②.A编码数据块大小为Sa，B编码数据块大小为Sb，计算每帧编码数据块隐藏信息大小se=sb-sa。
方法中发送端的处理过程包括①.采用预处理过程中选择的A编码器对语音信号进行编码，每20ms (—帧)产生Sa bit的编码数据块 级.以二进制流的方式从机密文件中读取Se bit信息，填充在Sa bit的编码数据块之后，使得每帧编码数据块大小为se+sa=sb bit，从而伪装成预处理过程中选择的B编码语音帧； .使用SRTP协议对伪装后的编码语音帧加密，RTP协议对加密后的数据块传输，并且将RTP头部字段PT类型设置成编码模式 A，图2和图3给出了基于G722. 2码率伪装的RTP数据包示意图。
方法中接收端的处理过程包括①.使用SRTP协议解密编码语音帧，根据RTP. PT 的值确定解码器模式为A ;②.根据模式A的有效编码长度Sa，采用解码器A对前Sa bit的数据块进行解码.提取语音帧剩余的数据即隐藏信息，以二进制流的方式写入文件。
本方法G722. 2几种编码模式和对应的语音帧长度如表I所示。此外，表2给出了几组推荐的伪装组合，其中最大嵌入速率达到5. 6kbps。这几组编码器对信号编码后的语音质量都比较好，听觉上不会有明显差距，使用这些组合进行码率伪装隐藏信息，可以取得良好的隐蔽通信效果。
表I. G722. 2的9种编码速率及对应的语音帧(20ms)长度
权利要求
1.一种基于AMR-WB码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，其特征在于所述方法以G722. 2编码语音帧为载体嵌入隐藏信息进行传输，包括以下步骤 (1)发送端根据网络状况选取IP通话中适合的两种语音编码模式，记为编码器A、B，编码器A的编码数据块大小为Sa，编码器B的编码数据块大小为Sb ;假设Sb>Sa，则每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小Se = Sb-Sa ； (2)发送端采用编码器A对语音信号进行编码，并在每个语音帧尾部填充Sebit隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型PT为编码器A ； (3)接收端用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，提取出有效语音帧之后的数据即为隐藏信息。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器的编码速率选自6.6、.8.85,12. 65,14. 25,15. 85,18. 25,19. 85,23. 05 和 23. 85kbit/s。
3.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.12.65kbit/s，编码器B的编码速率为15. 85kbit/s。
4.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.14.25kbit/s，编码器B的编码速率为18. 25kbit/s。
5.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.15.85kbit/s，编码器B的编码速率为19. 85kbit/s。
6.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.18.25kbit/s，编码器B的编码速率为23. 85kbit/s。
7.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.19.85kbit/s，编码器B的编码速率为23. 85kbit/s。
8.根据权利要求I所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为.23.05kbit/s，编码器B的编码速率为23. 85kbit/s。
全文摘要
本发明公开了一种基于G722.2码率伪装技术的IP语音隐蔽通信方法，利用G722.2多速率编码特性，将隐藏信息填充在低码率编码数据块之后，伪装成高码率编码语音帧，再利用SRTP协议加密之后传输。该方法简便易行，隐藏信息容量大，适合大块隐秘数据的传输，并且适合在移动设备上使用。
文档编号H04L29/06GK102984122SQ20121037936
公开日2013年3月20日 申请日期2012年10月9日 优先权日2012年10月9日
发明者黄刘生, 缪海波, 陈志立, 杨威 申请人:中国科学技术大学苏州研究院