[发明专利]一种基于全息图像的音频加密解密方法

说明书

本发明公开一种基于全息图像的音频加密解密方法。所述加密方法包括：从接收的一维音频信号中截取一段，将其转换成音频二维图像信号；将待嵌入的水印信息生成全息图信号，并将其嵌入到二维音频图像信号中；再利用SM4加密算法与置乱运算进行加密与置乱处理。根据保存的解密密钥，采取与加密方法相反的顺序进行解密运算，分离出一维音频信号和水印信息。本发明实现了音频信号的加密与全息信息隐藏并以图片形式传输，提高了音频信号传输的安全性；利用解密后恢复的水印中的文字、签字、照片等信息能够实现音频信息源的认证；利用全息技术的可撕毁性和高鲁棒性，能够从部分残缺音频信息图像信号中恢复完整的水印信息，提高了音频信息传输的鲁棒性。

技术领域

本发明属于信息安全领域，具体涉及一种基于全息图像的音频加密解密方法。

背景技术

语音通讯是20世纪最突出的技术进步之一，实现了远距离实时通信与联系。随着数字化多媒体信息应用和传播的普及，音频的应用范围在逐步扩大。录音技术已应用于军事和司法领域，成为认证的重要手段，也逐渐成为司法判断的重要依据。信息隐藏与认证技术是目前隐秘通信和版权保护的有效手段，可以有效遏制数字化多媒体的非法使用。而在多媒体信息隐藏技术中，数字视频的信息隐藏是极其重要的组成部分，并取得了很大成功。但在音频的传输保密与认证方面还相对落后，如各国领导人的通话被窃听问题(如斯诺登事件)。各种迹象表明，音频信息传输的安全性及认证问题变得日益突出，已成为现代通讯必须解决的重要问题之一。

目前常用的音频加密方法主要有序列密码算法、分组密码算法及混沌密码算法。这些算法都是基于密码学实现的，仅能在数据的发送和接收过程中进行数据保密，并不能解决数据的完全保密问题，如解密后所有加密数据就成了不受版权保护的普通数据。为此，出现了音频信息隐藏技术，将机密信息秘密地隐藏于一般的音频信息中，它是由现有图像信息隐藏技术发展而成的。这种方法存在的问题是，隐藏的信息量非常有限，而且这些算法都没有考虑如何确认消息来源的可靠性问题，即认证问题。

发明内容

为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提出一种基于全息图像的音频加密解密方法，将水印全息技术应用于音频的信息隐藏中，提高了信息隐藏量，实现了音频信息的安全传输与信源认证。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种基于全息图像的音频加密方法，包括：

接收一维音频信号，并从中截取一段，对截取的一段一维音频信号进行第一变换，将其转换成二维音频图像信号；

通过对水印信息图像进行分数维傅立叶变换，得到水印信息全息图信号；保存波长和衍射距离，用作第一解密密钥；

进行第二变换，将所述水印信息全息图信号嵌入所述二维音频图像信号中，并进行常规傅立叶变换，得到包含全息水印信息的音频二维图像信号；保存嵌入系数，用作第二解密密钥；

利用SM4算法对所述包含全息水印信息的音频二维图像信号进行加密，然后进行置乱运算，得到含水印音频密文信号；保存加密密码及置乱次数参数，用作第三解密密钥；对不含全息水印的二维音频图像信号进行完全相同的加密和置乱处理，得到不含水印音频密文信号。

进一步地，所述对截取的一段一维音频信号进行第一变换，将其转换成二维音频图像信号，包括：

将截取的一维音频信号归一化：

F(i)＝f(i)/a_m

a_m＝max[abs(f(i))]

式中，f(i)为截取的一维音频信号，i＝1,2，…N，N为数据点数，F(i)为归一化后的一维音频信号。

将F(i)转换成不小于0的信号G(i)：

G(i)＝[F(i)+1]/2