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基于随机位置选择和矩阵编码的语音信息隐藏方法

吴志军 李常亮 李荣

引用本文: 吴志军, 李常亮, 李荣. 基于随机位置选择和矩阵编码的语音信息隐藏方法[J]. 电子与信息学报, doi: 10.11999/JEIT181163 shu
Citation:  Zhijun WU, Changliang LI, Rong LI. Speech Information Hiding Method Based on Random Position Selection and Matrix Coding[J]. Journal of Electronics and Information Technology, doi: 10.11999/JEIT181163 shu

基于随机位置选择和矩阵编码的语音信息隐藏方法

    作者简介: 吴志军: 男,1965年生,教授,博士生导师,研究方向为网络和信息安全;
    李常亮: 男,1993年生,硕士生,研究方向为信息安全;
    李荣: 女,1995年生,硕士生,研究方向为信息安全
    通讯作者: 吴志军,zjwu@cauc.edu.cn
  • 基金项目: 天津市自然科学基金重点项目(17JCZDJC30900),国家自然科学青年基金(61601467),2018年中央高校基本科研业务费项目(3122018D007)

摘要: 针对低速率语音编码问题,该文提出基于G.723.1编码标准的信息隐藏算法。在基音预测编码过程中,通过控制闭环基音周期(自适应码本)的搜索范围,该文结合随机位置选择方法(RPS)和矩阵编码方法(MCM),实现秘密信息的嵌入,在语音编码过程中实现了信息的隐藏。RPS方法的采用降低了载体码字之间的关联性,MCM方法的采用降低了载体的改变率。实验结果证明,该文算法下PESQ恶化率平均值最大为1.63%,隐蔽性良好。

English

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  • 图 1  实验拓扑图

    图 2  隐藏算法实现框图

    图 3  载密语音与未载密语音对比图

    图 4  时长为3 s样本的PESQ值对比

    图 5  时长为10 s样本的PESQ值对比

    图 6  压缩语音码流在不同样本时长下的平均检测率

    图 7  压缩语音码流在不同嵌入率下的平均检测率

    表 1  发送方、接收方台式PC配置情况

    处理器内存声卡系统
    Intel(R) Core(TM) i5-4590 CPU @ 3.30 GHz4 GBRealtek High Definition AudioWindows 7专业版 Service Pack 1
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    表 2  本文隐藏算法的PESQ统计值

    载密语音样本未载密语音样本PESQ改变率(%)
    3 s语音样本
    CSMCSWESMESWCSMCSWESMESWCSMCSWESMESW
    平均值3.42373.34403.41653.47503.44293.39953.42593.5193–0.55–1.63–0.27–1.20
    最大值3.89993.78154.09954.10153.82623.74063.88633.94581.931.095.493.94
    最小值2.97562.96152.97562.90223.09303.17013.11603.1265–3.80–6.58–4.51–7.17
    10 s语音样本
    CSMCSWESMESWCSMCSWESMESWCSMCSWESMESW
    平均值3.40953.35283.39903.38223.42183.39003.41023.4362–0.37–1.09–0.33–1.50
    最大值3.79543.71023.76143.87143.74063.67833.74063.86321.470.872.120.21
    最小值2.99652.91133.10032.99653.05903.01803.11233.0590–2.00–3.53–1.20–2.00
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    表 3  隐藏算法的PESQ统计对比(%)

    隐藏算法3 s语音样本10 s语音样本
    CSMCSWESMESW均值CSMCSWESMESW均值
    文献[6]隐藏算法–0.49–1.05–0.93–1.37–0.96–0.62–1.44–0.29–1.22–0.89
    文献[10]隐藏算法–0.59–1.63–0.28–1.35–0.96–0.52–1.42–0.35–1.47–0.94
    本文隐藏算法–0.55–1.63–0.27–1.20–0.91–0.37–1.09–0.33–1.50–0.82
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    表 4  语音帧处理时间统计对比(ms)

    隐藏算法CSMCSWESMESW均值
    文献[6]隐藏算法7.438.488.248.948.27
    文献[10]隐藏算法 7.02 7.96 7.89 8.74 7.90
    本文隐藏算法6.677.647.558.327.56
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    表 5  在满嵌入率下两种隐藏算法检测率(%)

    隐藏方法语音种类样本时长(s)
    0.10.20.30.40.50.60.70.80.91.02.03.04.05.06.0
    文献[10]隐藏算法英文85.4088.0088.5089.2590.1091.4591.4092.4092.9593.7096.2096.9597.1597.6597.35
    中文86.8088.6590.2090.5091.2092.2593.1094.2594.7094.0596.8097.2098.1597.7597.95
    文献[11]隐藏算法英文87.6590.1190.8191.6592.8994.0094.1595.0195.2096.6497.2098.70100.00100.00100.00
    中文90.7092.9594.0094.5595.7996.8397.1698.2298.3098.8999.1699.99100.00100.00100.00
    本文隐藏算法英文43.2046.4346.9547.3348.3949.5149.4450.3651.6451.9354.6755.6855.9256.0455.94
    中文45.5146.9147.5647.4848.7249.7049.5352.1452.3752.8755.0655.8656.0956.3555.63
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    表 6  在不同嵌入率下3种隐藏算法检测率(%)

    隐藏方法语音种类嵌入率(%)
    102030405060708090100
    文献[10]隐藏算法英文50.6157.6475.5380.2982.8185.6386.3590.5894.3297.35
    中文51.9358.4975.2880.5682.4985.2787.9292.5695.6397.95
    文献[11]隐藏算法英文53.9460.8978.6683.4985.9188.6989.3593.7497.25100.00
    中文54.5361.6779.5584.8886.7789.5591.8395.6698.55100.00
    本文隐藏算法英文16.3217.5230.8739.4841.1644.1545.6248.1252.6155.94
    中文15.2217.3530.5639.5241.7444.1644.5949.3152.3855.63
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  • 通讯作者:  吴志军, zjwu@cauc.edu.cn
  • 收稿日期:  2018-12-18
  • 录用日期:  2019-07-20
  • 网络出版日期:  2019-09-20
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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