专利名称：一种基于线性干扰抵消的语音隐秘通信方法
技术领域：
本发明涉及多媒体信息安全技术领域，还涉及到通信技术领域中的数字语音通 信、数字信号处理技术。具体地说，该发明是信息安全领域中的一种信息隐藏技术和数字语 音水印方法。
背景技术：
在信息时代，信息交流变得越来越频繁，人们在方便地获取信息和交流信息的同 时，还需要能安全地存储和传输信息。由于数字信息的可复制性，使得对数字作品侵权越来 越容易，篡改也更加方便，由此出现了一系列的版权争端问题。信息隐藏技术是通过一定的 算法将隐秘信息嵌入到被数字载体信号(如图像、语音、视频等)中，来证明版权归属或实 现隐秘通信，已经成为多媒体信号处理领域中的一个研究热点。语音信息隐藏是以语音信 号为载体的隐藏技术，它在语音版权保护、隐秘通信、语音内容验证和语音压缩带宽恢复等 领域有着广泛的应用。语音隐秘通信技术是把秘密信息隐藏在公开的语音信号中传输，通过公开语音信 息的传输来达到掩盖传送秘密信息的目的。由于语音通信信道中存在数量巨大的语音信 息，窃听者就失去了具体的攻击目标，使得秘密信息难以被窃听者检测，秘密信息便得以安 全传送。相对于图像、视频等载体而言，语音信息隐藏的研究比较晚。目前语音信息隐藏算 法大体上有参数建模方法、时间轴压扩方法以及扩频隐藏方法等。但由于语音信号自身的 特点，这些算法在应用时存在一些不足。参数建模法通过修改模型的相关参数，在语音信号 中嵌入隐秘信息。可是这种方法抗滤波操作性能不强，而且它只能使用明检测，这样就限制 了它的应用范围。时间轴压扩法是对一些特征的持续时间进行量化指数调制。可是该方法 不容易建模，难以控制其解码性能。而且现有的语音信息隐藏方法，都不能解决载体语音信 号对水印信号的宿主干扰问题。由于语音信号的功率远大于水印信号的功率，宿主干扰严 重影响了语音信息隐藏的隐藏容量。本发明的扩展线性干扰抵消方案，在充分考虑了人的 听觉系统的频率隐蔽特性，使用载体信号的功率谱对水印信号进行功率谱整形，在语音信 号的预测残差模型中嵌入水印。并且在嵌入之前对水印信号进行了预抵消处理，然后利用 含水印残差驱动线性预测模型合成语音信号，有效地消除了载体语音对水印检测的干扰。 解决了语音信息隐藏的宿主干扰问题，从而在接收端获得更好的解码性能。
发明内容
在语音信息隐藏中，语音载体严重影响隐密信息的隐藏容量。本发明的目的是针 对普通语音信息隐藏技术中的宿主干扰问题，提出一种适应于语音信号载体的扩展线性干 扰抵消隐秘通信方法。语音隐秘通信技术的特点是隐秘消息的传输必须依附一定语音载体。在接收端采 用盲检测时，不仅信道噪声对水印解码性能有较大的影响，而且语音信号对水印信号的检 测也有很大的干扰。在语音信息隐藏中，载体语音对水印检测的干扰远超过信道噪声的影响，这种语音宿主干扰不容忽视。普通扩频语音隐藏技术中，水印信号独立于载体而不是充 分适应于载体信号。载体信号在解码器端扮演了信道噪声的角色。在以白噪声为载体的信 息隐藏技术中，可以采用线性干扰抵消(Linear Interference Cancellation，LIC)方法来 解决宿主干扰问题。因为普通LIC方法是一种基于相关检测的方法，相关检测实际上是将 接收信号在水印信号方向上的投影与检测阈值的比较，它是高斯白噪声中确知信号的最优 检测器。然而语音信号是一种相关信号即色噪声信号，对于色噪声信号而言，相关检测器并 不是最优的。而本发明提出的水印嵌入和检测方法，解决了语音等色噪声载体的信息隐藏 技术中的宿主干扰问题。本发明基于线性干扰抵消的语音隐秘通信方法，载体信号采用模拟语音信号经过 A/D转换后得到的离散时间语音序列，或者其他具有自回归模型结构的色噪声信号序列。在语言隐秘通信中，水印设计者希望在不影响语音听觉质量的前提下，嵌入尽量 多的水印信号能量。根据人类的听觉系统的掩蔽特性可知当两个纯音分量的频率相近时， 弱音会被强音隐蔽掉，人只能感觉到强音。采用对水印信号的功率谱进行整形的方法，调节 水印信号的功率谱，使之与语音信号的功率谱具有相似的形状，从而达到嵌入更多水印信 号能量的目。为了对水印信号进行功率谱整形，首先要分析载体语音信号的特性。由语音 信号的产生模型可知发音过程中的辐射、声道以及声门激励的全部谱效应可简化为一个 时变滤波器，其稳态系统函数为
权利要求
1.一种基于线性干扰抵消的语音隐秘通信方法，其特征在于包括以下处理模块和步 骤发送方采用隐秘信息嵌入器将隐秘信息嵌入到载体语音信号中，接收方采用隐秘信息 检测器提取隐秘信息；隐秘信息嵌入器，包括以下处理模块和步骤1)根据隐秘信息序列，采用扩频方式生成水印，扩频序列选用二值序列且归一化为单 位长度的向量；原始水印信号的单位方向可以用归一化扩频序列向量来表示，水印信号嵌 入强度根据要求的嵌入失真来调节；2)对采集的语音信号进行线性预测分析，并得到相应的线性预测系数；线性预测系数 作为声道逆滤波器的参数，对语音信号进行滤波，获得语音预测残差信号；3)将生成的原始水印信号与预测残差信号作预抵消处理，获得抵消后的水印信号，在 嵌入水印之前消除载体干扰；4)经过预抵消操作后的水印信号，嵌入到语音预测残差中；使用含水印残差信号驱动 线性预测模型生成含水印语音信号；线性预测模型的预测系数的值，使用步骤幻中得到的 线性预测系数；隐秘信息检测器，采用白化滤波和检测相级联的形式，包括以下处理模块和步骤(1)对接收的语音信号进行线性预测分析，得到线性预测系数；使用该系数作为逆滤 波器参数，对接收语音进行白化处理，获得接收残差信号；(2)根据与发送端共享的水印模板，使用检测器对接收残差信号进行检测解码，解码得 到隐秘信息。
2.权利要求1所述的一种基于线性干扰抵消的语音隐秘通信方法，其特征在于还包括 以下的处理步骤在步骤4)水印信号嵌入到语音预测残差之前，预先在水印信号中去除残 差信号对于水印检测的干扰；即是在水印信号中减去语音残差信号在水印信号上的投影， 得到抵消后的水印信号W = JWPa-(UrP)P其中M表示隐秘信息，P表示归一化的水印模板，α表示水印嵌入强度，(UtP) P表示语 音预测残差在水印方向上的投影。
全文摘要
本发明涉及一种基于线性干扰抵消的语音隐秘通信方法。解决了普通语音隐秘通信技术中宿主干扰问题，提高了隐秘信息解码性能。其特征在于在发送端，嵌入器将隐秘信息嵌入到语音预测残差中，嵌入采用扩频嵌入方式，并且在嵌入之前对水印信号进行预抵消处理。含水印的语音信号通过普通语音信道传输。在接收端，检测器对接收的语音进行线性预测分析，然后对语音信号进行白化滤波处理，并采用相关检测器来提取隐秘信息。本发明所述方法可用于隐秘通信、语音版权保护、内容验证等领域。
文档编号G10L19/00GK102074238SQ20101058340
公开日2011年5月25日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者崔鑫, 王凤瑛, 王小明, 贾霞, 郝建军, 郭银景, 颜斌 申请人:山东科技大学