[发明专利]一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种多媒体隐秘通信安全技术，尤其是涉及一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法。

背景技术

随着多媒体技术与互联网技术的快速发展，多媒体通信已成为人们进行信息交流的重要手段，信息安全与保密也显得越来越重要。数字隐写是目前信息安全领域的重要课题之一，它是以数字多媒体为掩蔽载体，把需要发送的秘密信息嵌入到载体中，以不引起外界注意的方式通过公开信道进行传输。

从隐写技术对掩蔽载体的要求来讲，压缩域音频如MPEG-1 Layer III（以下简称MP3），是极易成为隐写对象的一种掩蔽载体，这主要是因为压缩域音频在互联网中极为常见和流行，在这类载体中进行秘密信息的隐藏，具有很强的迷惑性；另一方面，压缩域音频相对于文本和图像具有更大的文件尺寸，便于隐藏更多的秘密信息。目前已有多种基于MP3的隐写工具，如MP3Stego、MP3Stegz和Stego-Lame等，其中又以英国剑桥大学Petitcolas开发的MP3Stego最为经典而被广泛应用，其主要是根据量化编码后块长度的奇偶性作为隐写的依据，隐写前后MP3压缩域音频的感知质量保持良好。然而，有些学者也提出了针对MP3Stego的隐写检测方法，如Westfeld在IH2002会议中发表的论文“Detecting low embedding rates”（“低嵌入速率的检测方法”）中指出经过MP3Stego隐写前后MP3压缩域音频的块长度统计分布有所变化；Qiao等在IJCNN2009会议中发表的论文“Steganalysis of MP3Stego” （“针对MP3Stego的隐写分析技术”）中认为相邻帧系数分布之间的连续性也受到MP3Stego隐写操作的影响。由此可见，MP3Stego方法在安全性方面还有待进一步提高。

尽管目前已出现了一些以压缩域音频为掩蔽载体的数字隐写方法，但是在隐写容量、不可检测性等方面仍有提升空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法，其能够与音频压缩编码标准保持兼容，能够有效地保证秘密信息的隐写安全性，且不可检测性和感知透明度高、计算复杂度低。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，其特征在于具体包括以下步骤：

①在数字隐写端，将待处理的未压缩音频作为当前未压缩音频，并给定待隐写的二进制秘密信息比特流；

②在压缩域音频编码过程中，以音频颗粒为单位对当前未压缩音频进行编码压缩处理，从当前未压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒；

③利用滤波器组对当前音频颗粒进行滤波处理，得到滤波处理后的音频颗粒；并利用心理声学模型对当前音频颗粒进行处理，得到对滤波处理后的音频颗粒进行加窗处理时需采用的窗口的类型，及当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比；

④根据滤波处理后的音频颗粒加窗处理时需采用的窗口的类型，对滤波处理后的音频颗粒进行修正离散余弦变换处理，得到当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数；

⑤从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出待隐写的秘密信息比特位，然后根据待隐写的秘密信息比特位和当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定是否在当前音频颗粒中嵌入待隐写的秘密信息比特位，并确定是否修改当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，得到编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值；

⑥根据当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比和编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，对当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数进行量化与熵编码；

⑦从当前未压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤③继续执行，直至当前未压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频；

⑧数字隐写端发送含秘密信息的压缩音频给数字提取端。

所述的步骤⑤的具体过程为：

⑤-1、判断用于表示是否重复嵌入秘密信息比特位的标志位flag的值是否为0，如果是，则从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出一个新的秘密信息比特位作为当前待隐写的秘密信息比特位，否则，取出上一次秘密信息比特位嵌入过程中保存的秘密信息比特位，作为当前待隐写的秘密信息比特位，其中，flag的初始值为0；