专利名称：一种对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法
技术领域：
本发明提供一种对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法。
技术背景Mpegl是动态图象专家组制定的一种视/音频数据压縮编码标准，Mpegl Layer2简称为mp2， mp2压縮编码是其中的音频数据压縮标准之一 (第二层)， 其编码后的数据文件一般以mp2作为扩展名。Mp2压縮编码的原理为第一歩，先将音频信号按照均匀时间间隔进行采样，采样后得到的数据文 件一般存储为pcm (Pulse Code Modulation)编码， 一般可以由硬件直接播放。第二歩，然后采用傅立叶时频滤波器将声音编码(pcm)由时域信号转换 为频域信号。其中傅立叶时频滤波器是一种典型高低通滤波器，滤波后的频域 信号分为32个子带(sub band),低频子带包含了人们希望保留的绝大多数信 息，相反，高频子带中包含了较少的有用信息和噪音。第三步，对频域数据进行量化因子选择，使用量化因子"縮放"后的频域 数据可以用较小的无符号整型数据表达。第四歩，对频域数据进行比特位分配，即信息量大的子带获得较多比特位， 信息量小的子带获得较少比特位或是直接丢弃。第五歩，mp2文件帧编码，生成帧头；存储比特位分配信息，縮放因子选 择信息，縮放因子信息，和子带縮放编码信息。
编码后的帧数据格式如图1:每帧由固定大小的帧头(HEADER)、位分配 (ALLOC)、縮放因子选择(SCFSI)、縮放因子(SCALEFAC)、样本编码 (SAMPLES)、附加信息(ANC)。 Mp2文件由一定数量的所述帧(如图1)顺 序构成。但由于MPEG I Layer 2音频文件自身的特点，每帧650字节的音频样本 数据具备可替换性，而且按照此规律替换代码后的音频文件仍被认为是合法的 音频文件，因为用当前的杀毒软件及其它工具软件无法检测出来。因此MPEGI Layer 2音频文件有可能成为恶意攻击者的优良载体，利用它嵌入一些恶意代 码或做为恶意信息及工具的载体，由外网合法地进入内网， 一旦利用播放器或 其它软件的漏洞取得机器的控制权，进而对内网进行攻击。为了确保外网(办公网)与内网之间的音频文件的传输数据安全，现在急 需要一种强行变换MPEG I Layer 2音频样本编码的方法，主动破坏有可能藏匿 在音频文件里的恶意代码。发明内容针对现有技术存在的缺陷，结合MP2压縮编码技术，本发明旨在提供一种 对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，能够在文件属性无变化的前提下， 有效提高换码率和换码速度，从而杜绝了病毒及恶意代码存在的可能性。为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是 一种对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，将mp2音频帧按照isolll72-3标准分别解码位分配 信息、缩放因子信息、样本编码信息，再对上述位分配、縮放因子和样本编码
进行一致化的变码计算，使mp2编码后的每帧数据除开始的20余字节外全部 改变；最后将变码计算后的存储位分配信息，量化因子选择信息，量化因子信 息，和子带量化编码信息连同原帧头和附加信息一起编码生成帧格式。其中所述变码计算的步骤为
1) 将每个音频帧被FFT滤波器变换为32个子带，再根据各个子带拥 有的不同频率特征，选取出其中高频子带的数据进行变换；
2) mp2压縮标准中的感知编码器首先分析上述高频子带的频率和振 幅，然后将其与人的听觉感知模型进行比较，通过听觉感知模型去 除音频信号的不相干部分及统计冗余部分；再通过对高频子带的分 析，找到距离isolll72-3心理声学模型中掩蔽值近的子带；
3) 利用帧空间的富裕性，将上述步骤找到的子带进行位分配扩充；
4) 对缩放因子和样本编码重复上迷变换歩骤，实现对位分配、縮放因 子和样本编码一致化的变码计算。本发明的工作原理如下所述
mp2变码的原理为，对每个数据帧采取下列步骤
第一步，按照isolll72-:3标准解码位分配信息；
第二步，按照isolll72-3标准解码縮放因子信息；
第三步，按照iso11172-3标准解码量化后的样本编码；
第四步，对上述位分配、縮放因子和样本编码进行一致化的变码重计算， 使mp2编码后的每帧数据除开始的20余字节外全部改变；
第五步，将重计算后的存储位分配信息，量化因子选择信息，量化因子信 息，和子带量化编码信息连同原帧头和附加信息一起编码生成帧格式。出于变换速度的考虑，变换不能涉及FFT变换和比特位分配(最为耗时)。 因此所述变码重计算的步骤为首先，每个音频帧被FFT滤波器变换为32个子带，每个子带拥有不同的 频率特征，低频子带包含的数据能量较高，''若在其中加入噪声对音质影响大；高频子带正相反，在其中引入噪声对音质影响小。因此，本发明选取高频子带的数据进行变换，以避免音质的改变；第二， mp2压縮标准中的感知编码器首先分析输入信号的频率和振幅，然 后将其与人的听觉感知模型进行比较。编码器用这个模型去除音频信号的不相 干部分及统计冗余部分。尽管这个方法是有损的，但人耳却感觉不到编码信号 质量的下降。本发明通过对各子带的分析，找到距离isolll72-3心理声学模型中掩蔽值近的子带。第三，本发明利用帧空间的富裕性，将第二条中找到的子带进行位分配扩 充，既不改变音质，也可以使样本编码产生"相位漂移"。第四，量化因子和样本变码一起反映了音频信号的频域特征，本发明通过 --致变换量化因子和样本变码，可以在不改变音质的条件下改变帧变码。综上所述，本发明提供的对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，能够达到如下基本要求l.每帧的综合变码率(包括帧头部分)达到98.57%;音频编码部分的变码率 达到100%。2. 变码后的文件与原文件音质感观无区别；3. 变码后的文件与原文件相比不改变文件大小、压縮率、采样率、帧能量、波 形等原有属性；4. 变码后的文件使用原有的解码软件可以正常解码与编辑。
图1是现有技术中Mp2压缩编码后的帧数据格式； 图2是本发明所述方法的流程示意图。
具体实施方式
本实施例以每帧长度为768字节的MPEG1 Layer2音频文件为测试文件，将 其所有字节分别采用本发明所述的加扰变码方法和其他四大类型现有技术的变 码方法进行变码，具体如下1、本发明所述对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，步骤包括1) 读入多个mp2数据帧到处理缓冲区/2) 依次对每个帧进行下列操作a) 帧头解析，解析出的内容包括同步字、音频类型、冗余保护位、码率、采样频率、额外槽、私有标记、模式、版权保护位、复制标志位、解加 重类型。其中如果同步字、音频类型出现错误则跳出变码程序，报告错误。b) 根据冗余保护位、模式、码率和采样频率的值解析位分配信息；C)根据冗余保护位、模式、码率和采样频率的值解析縮放因子选择信息；d) 根据冗余保护位、模式、码率和采样频率的值解析縮放因子信息；e) 根据冗余保护位、模式、码率、采样频率的值，以及根据对应样本点的 位分配、縮放因子选择和縮放因子信息解析样本变码信息；f) 解析帧附属信息；g) 对于该帧的位分配信息，找到冗余性最大子带，对该子带收縮位分配； h》对于该帧的縮放因子选择信息，挑选高频子带进行縮放因子选择信息置换；i)对于该帧的縮放因子信息，有选择性的进行縮放因子递增或递减；j)对于该帧的样本变码信息，首先恢复为PCM码经滤波器变换后的值(即频域编码)，再根据新的縮放因子和位分配信息进行样本编码重计算，具体步骤为i.得到样本点的(补码)原码;ii. 得到 iso11172-3标准文本中QUANCLASS表中的序号；iii. 计算时频滤波器输出的信号；iv. 重新量化；v. 计算补码得到样本编码值；k)将新的帧头、位分配信息、缩放因子选择信息、縮放因子信息、样本编 码和帧附属信息组合为变换后的mp2帧； 3)返回第l)歩直到处理完所有的mp2帧。 2.专用变码技术的处理方式①采用一台性能中等的PC，处理工具为我们专门开发的变码软件DEM0;②利用软件此M0对测试文件进行高密度加扰变码处理，对处理速度进行测量 和计算；对处理后的文件音质、文件属性与原文件进行对比评测，并用第三方 软件ultra Edit测出变码技术的变码率；3. 咅颠重新编码的处理方式① 采用 一台性能中等的PC，处理工具为SoundPaint音频工作站软件；② 利用音频编辑软件对测试文件分别进行，动电平重新编码与调动高低音重新 编码处理，对变码的处理速度进行测量和计算；对处理后的文件音质、文件属 性与原文件进行对比评测，并用第三方软件ultra Edit测出变码率；4. 模拟平衡对录的方式① 一台PC主机装载pcx22声卡，用于音频信号输出。另一台PC主机装载 pcx924声卡用于音频信号输入。②PCX22声卡与PCX924声卡采用模拟平衡连 接。中间不经过调音台，直接对录。③ Analog录制，音频线对接示意图。@ PCX22声卡播放音频文件采用diagram自带软件NP Play ， PCX924声卡录 制音频文件也采用diagram自带软件NP Play 。⑤对对录的速度进行测量和计算；对处理后的文件音质、文件属性与原文件 进行对比评测，并用第三方软件ultra EdU测出变码率；5. 数字AES对录的方式① 一台PC主机装载pcx22声卡，用于音频信号输出。另一台PC主机装载 pcx924声卡用于音频信号输入。②PCX22声卡与PCX924声P采用数字AES 连接。中间不经过调音台，直接对录。 ③Digital录制，音频线对接示意图。
④ PCX22声卡播放音频文件采用diagram自带软件NP Play ， PCX924声卡录 制音频文件也采用diagram自带软件NP Play 。⑤ 对对录的速度进行测量和计算；对处理后的文件音质、文件属性与原文件 进行对比评测，并用第三方软件ultra Edit测出变码率。上述比较与评测的内容包括三类数据的对比换码速度、换码率、处理后的文 件与原始文件的基本属性、音频还原质量、压縮率、采样率、帧能量等文件属 性的比较。具体比较见下表^^J马的方法 评测指标^^本发明所 述方法调低电平 重新编码调低音 重新编码模拟平衡 对录数字AES 对录文件属性无变化音量有变音质有变波形有变波形有变样本编码换码率100%99.67%99.67%99.50%99.67%换码速皮优差差差差其中上述方法中采用的换码速度评测标准的具体数据如下:.，级优良及格差换码速度》4MB/s》2M已/s》1隨s《0.5MB/s
权利要求
1、一种对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，其特征是，将mp2音频帧按照iso11172-3标准分别解码位分配信息、缩放因子信息、样本编码信息，再对上述位分配、缩放因子和样本编码进行一致化的变码计算，使mp2编码后的每帧数据除开始的20余字节外全部改变；最后将变码计算后的存储位分配信息，量化因子选择信息，量化因子信息，和子带量化编码信息连同原帧头和附加信息一起编码生成帧格式。
2、 根据权利要求1所述对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，其特 征是所述变码计算的步骤为1) 将每个音频帧被FFT滤波器变换为32个子带，再根据各个子带拥 有的不同频率特征，选取出其中高频子带的数据进行变换；2) mp2压縮标准中的感知编码器首先分析上述高频子带的频率和振 幅，然后将其与人的听觉感知模型进行比较，通过听觉感知模型去 除音频信号的不相干部分及统计冗余部分；再通过对高频子带的分 析，找到距离isolll72-3心理声学模型中掩蔽值近的子带；3) 利用帧空间的富裕性，将上述歩骤找到的子带进行位分配扩充；4) 对縮放因子和样本编码重复....h:述变换步骤，实现对位分配、縮放因 子和样本编码一致化的变码计算。
全文摘要
本发明公开了一种对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法，将mp2音频帧按照iso11172-3标准分别解码位分配信息、缩放因子信息、样本编码信息，再对上述位分配、缩放因子和样本编码进行一致化的变码重计算，使mp2编码后的每帧数据除开始的20余字节外全部改变；最后将重计算后的存储位分配信息，量化因子选择信息，量化因子信息，和子带量化编码信息连同原帧头和附加信息一起编码生成帧格式。本发明所述对音频信息大范围快速变码破坏病毒的方法使每帧的综合变码率达到98.57％；音频编码部分的变码率达到100％。
文档编号G11B20/10GK101394402SQ200810143099
公开日2009年3月25日 申请日期2008年10月13日 优先权日2008年10月13日
发明者攀 董, 邓学锋 申请人:邓学锋