[发明专利]基于修改最低有效位数权重的语音内容认证和篡改恢复方法

说明书

本发明公开了一种基于修改最低有效位数权重的语音内容认证和篡改恢复方法，利用语音信号自身特征及语音最低有效位数这一敏感位置，设计了一种新的语音脆弱水印算法，该方法包括基于修改语音采样点最低有效位数权重的脆弱水印算法以及基于语音内容的水印生成和嵌入部分、语音内容认证和恢复部分。与现有的语音内容认证水印算法相比，本发明充分利用了语音编码技术及语音采样点最低有效位数权重敏感等特性。这样既能保证本方法对篡改攻击的敏感性和脆弱性，又能保证篡改发生时对被篡改区域的有效恢复，从而有利于本发明的推广应用。

技术领域

本发明涉及数字语音内容完整性认证及篡改恢复技术领域，特别是一种基于修改最低有效位数权重的语音内容认证和篡改恢复方法。

背景技术

众所周知，语音信号是一种特殊的音频信号，其中往往会含有敏感信息，一旦这些敏感内容遭受破坏，其利用率将会降低。而在现实生活中，人们不仅希望能够验证一段语音内容的真实性，当语音遭受篡改时更希望能够重新获取被攻击部分语音所表达的含义。即同时实现数字语音内容的完整性认证和篡改恢复。

目前，关于数字语音内容完整性认证的研究已取得了较大的进展，而在此基础之上实现语音被篡改内容恢复的文献相对较少。文献“Fragile audio watermarking withperfect restoration capacity based on an adapted integer transform”(Luo Xin-rong,Xiang Shi-jun,Wuhan university Journal of Natural Sciences,vol.19,no.6,pp.497- 504,2014)提出了一种基于自适应整数变换的具有篡改恢复能力的脆弱音频水印算法。优点是采用随机压缩矩阵对原始音频信号进行压缩生成参考信息，使得篡改发生时可以恢复音频被篡改内容。但该方法在恢复过程中需要求解未知方程组，这一方面增加了时间开销，另一方面如果方程中未知数个数较多时存在方程无解或有多个解的可能性，导致恢复的被篡改采样点不正确。此外，该算法没有考虑同步攻击的情况，因此，仅能检测和恢复替换攻击，而对于插入和删除等去同步攻击不具备检测和恢复的能力。文献“Tamperrecovery algorithm for digital speech signal based on DWT and DCT”(Liu Zheng-hui,Luo Da,Huang Ji- wu,Wang Jing,Qi Chuan-da,Multimedia Tools andApplications,vol.76,no.10, pp.12481–12504,2017)基于离散小波变换和离散余弦变换生成用于恢复语音被篡改内容的压缩信号，并将生成的压缩信号和各个语音帧帧号采用块嵌入的方式嵌入到对应语音帧的采样点中。这种方法的优点是在接收端可以快速的从其他语音帧中提取被篡改语音帧的压缩信号并恢复其近似原始内容，解决了恢复过程中大量计算的问题，但是这种方法压缩效率相对较低，需要嵌入的压缩信号量大，此外，压缩过程中损失了原始语音信号中的大量细节，从而造成恢复语音质量相对较差。因此，利用语音编码技术和其自身采样点的敏感性，研究具有较高恢复质量的语音内容完整性认证脆弱水印技术具有重要的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于修改最低有效位数权重的语音内容认证和篡改恢复算法，是一种结合语音G.723.1编码(或其他语音压缩编码)及自身特征生成定位及篡改恢复水印的数字语音内容真实性和完整性认证的方法，能够在恶意篡改的条件下，有效地保障数字语音内容的可靠性，并能在一定程度上实现对篡改内容的近似恢复。

为了能够精确定位语音被篡改区域，本发明利用语音信号自身特征及语音最低有效位数这一敏感位置，设计了一种新的语音脆弱水印算法，该方法包括基于修改语音采样点最低有效位数权重的脆弱水印算法以及基于语音内容的水印生成和嵌入部分、语音内容认证和恢复部分。

实现本发明目的的技术方案如下：

基于修改最低有效位数权重的语音内容认证和篡改恢复方法，包括：