基于分段序列的数字音频伪装及重构方法

基于分段序列的数字音频伪装及重构方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信息安全和音频技术领域，涉及一种音频伪装方法，具体涉及一种基 于分段序列的数字音频伪装及重构方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，伴随着计算机和网络技术的发展，越来越多的数字音频在公有信道中传 播。对秘密音频不加限制地访问和使用，不仅涉及个人隐私、媒体公信和政府诚信，同时也 会导致社会动荡和诱发军事冲突。
[0003] 如何有效地保护公有信道中传输的秘密音频，已成为目前研宄的热点。针对此问 题，人们已提出了多种音频保护方法。相对于数字音频加密技术，数字音频伪装是将机密音 频伪装成有意义的非机密音频，从而在公有信道传输中不易引起拦截者的注意，减少潜在 攻击的可能性，进一步保证机密音频的安全性。
[0004] 本发明所提出的音频伪装方法也不同于现有的技术方法：基于语音识别的伪装 通信方法，该方法使用的是信息隐藏技术将秘密音频隐藏在公开音频中进行传输，然后在 接收端提取出隐藏的秘密音频（邓宗元，杨震.基于语音识别的伪装通信方法[P].中国 专利：CN1901442, 2011-04-27)。也不同于技术方法：一种伪装声音的识别方法及装置，该 技术方法用于数字音频取证，识别声音是由原发声源发出还是由伪装后的发声源发出（王 泳，黄继武.一种伪装声音的识别方法及装置[P].中国专利：CN103730121A，2014-04-16)。
[0005] 本发明的直接动因来源于一种典型的用于通过公有信道传输公开图像，进而将公 开图像转换为秘密图像的Tangram方法。Tangram方法也称七巧板方法或中国拼图方法， 是一种典型的图像伪装方法（丁玮.数字图像信息安全的方法研宄[D].北京：中国科学院 计算技术研宄所，2000.)。其基本思路是选取一幅和秘密图像等大的公开图像，将秘密图像 和公开图像分割成不重叠的等大子块。将公开图像子块进行8种等距变换构造字典块，利 用最小2乘法寻找秘密图像的每个子块在公开图像字典块中的匹配残差最小的子块所对 应的变换参数。然后利用这些变换参数将公开图像转换为秘密图像。由于Tangram方法在 匹配过程中需进行全局搜索，编码开销大，严重限制了Tangram方法的实际应用价值，同时 Tangram方法变换过程中仅有8个等距变换，也制约了将秘密图像转变为公开图像的匹配 精度，而借助全局搜索找到最合适的等距变换参数也进一步提高了计算复杂性。
[0006] 为降低经典Tangram方法的搜索时间和加快编码速度，吴军和吴秋新等对经典 Tangram方法进行了改进，添加了小块均化操作，在此基础上给出了基于块均化5元组匹配 的Tangram方法（吴军，吴秋新.一种基于七巧板游戏的数字图像信息伪装方法[J].计 算机应用，2004, 24 (6) : 125-128.)。但该方法在减小计算代价的同时，也减少了等距变换数 量，从而进一步降低了匹配精度。
[0007] 为进一步减少搜索时间，加快编码速度，余建德等人对Tangram方法进行了改进， 利用像素灰度值作图像区域非均匀剖分的思想，提出了基于三角形剖分的Tangram方法 (余建德，宋瑞霞，齐东旭.基于数字图像三角形剖分的信息伪装方法[J].计算机研宄与发 展，2009,46 (9) : 1432-1437.)。相对于经典Tangram方法，基于三角形剖分的Tangram方法 不进行全局搜索，只找到对应三角区域的差值，降低了运算代价。但只能对秘密图像的三角 形剖分区域进行近似重构，降低了秘密图像重构精度。
[0008] 为减少计算代价和提高秘密图像的重构质量，在所申请的国家发明专利"基 于改进Tangram算法和2维双尺度矩形映射的数字图像伪装方法"（邵利平，李苑 梦.基于Tangram算法和2维双尺度矩形映射的图像伪装及重构方法[P].中国专 利：CN104143174A，2014-11-12.)中，我们将秘密图像划分的小块作为字典，利用2D双尺度 矩形映射确定秘密图像子块和公开图像子块的对应关系，将每个秘密图像子块按8个等距 变换直接和对应位置的公开图像子块进行最小2乘法匹配。由于避免了全局匹配，实际编 码时间远低于Tangram方法。但所提策略同传统Tangram方法一样，仅有8个等距变换，由 此导致信道中的伪装图像视觉质量不高。

【发明内容】

[0009] 本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的问题，提供一种基于分段序列的音 频伪装及重构方法。
[0010] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案包括以下步骤：
[0011] 基于分段序列的数字音频伪装方法，包括以下步骤：
[0012] 1)将等长秘密音频和公开音频采样数据分割为等长小段序列，将其分别作为秘密 序列和公开序列；
[0013] 2)对公开序列和秘密序列进行预处理以改善公开序列和秘密序列的匹配性能，然 后由秘密序列构造等距变换序列和对应位置的公开序列进行最小2乘法匹配，从而将秘密 序列伪装成公开序列，生成变换参数；
[0014] 3)将伪装后的所有公开序列进行序列重组，从而得到伪装后公开音频采样数据， 将其写为对应的音频，将所有的变换参数构成参数集合T'n"。
[0015] 进一步的，步骤2)中预处理的方法具体为：
[0016] 若秘密序列或公开序列为相同元素构成的序列，则对其添加随机扰动，记S= Noise(S，a，b)为随机扰动函数，其定义式如式（8)所示：
[0017] Sii=sn+ (Random(a) +b),ii= 0,I, ,Ien(S)-I(8)
[0018] 式⑶中，Random(a)+b为随机生成函数，范围为[b,a+b)，即对序列S中的每个元 素施加[b，a+b)范围内的随机数扰动。
[0019] 进一步的，步骤2)中等距变换的构造方法具体为：
[0020] 记S= (Sii)^Sk=Scr(S，k)为序列循环右移函数，其中k= 0，l，…，1-1 ;则由 ScrO将S映射为CS1，…，S1'其中S°=S。
[0021] 进一步的，步骤2)中将秘密序列伪装成公开序列的具体方法为：
[0022] 记公开序列为S1=(aJ1，秘密序列为S2= (I3ii)1，对秘密序列S2进行循环右移 劣= &r(U十得到序列劣=(#),，其中k= 0, 1，…，1-1，将公开序列别和秘密序列S2循环右移所得到的每个序列按最小2乘法拟合寻找残差最小的右移步长f和对应的变换 参数《 /?，如式（1)所示：
【主权项】
1. 基于分段序列的数字音频伪装方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 将等长秘密音频和公开音频采样数据分割为等长小段序列，将其分别作为秘密序列 和公开序列； 2) 对公开序列和秘密序列进行预处理以改善公开序列和秘密序列的匹配性能，然后由 秘密序列构造等距变换序列和对应位置的公开序列进行最小2乘法匹配，从而将秘密序