[发明专利]一种基于脉冲编码调制语音编码的语音流的信息隐藏方法

摘要

本发明公开了一种基于脉冲编码调制语音编码的语音流的信息隐藏方法，目的是提出基于G.711μ-law语音流的信息隐藏方法，提高隐秘信息传输的安全性、信道利用率。技术方案是先构建由进行语音通话的双方构成的通信系统，用G.711μ-law中编号为0～3的模式的可利用插入位置构建4个信息传输通道，设计信息封装格式，发送端和接收端并行进行信息的发送和接收，发送端对信息进行发送时，要对信息进行预处理，将隐秘信息插入到语音流L中，并对语音流进行音质动态弥补，根据通道的通畅状况向上或向下调整通道。接收端对接收到的信息合并还原。本发明构建了通道动态调节机制，能够增加信息传输的安全性，充分利用信道的带宽资源，且能提高语音的质量。

主权项

1.一种基于脉冲编码调制语音编码的语音流的信息隐藏方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，构建通信系统，通信系统由进行语音通话的双方构成，通信的双方将隐秘信息隐藏在语音流中完成信息传输，通信的双方均由发送端和接收端两大软件模块组成，发送端将要发送的信息插入到发送给对方的语音流中，接收端从对方发送端接收语音流，从语音流中提取出隐秘信息；第二步，构建4个信息传输通道，利用G.711μ-law即μ制脉冲编码调制语音编码中编号为0~3的模式的可利用插入位置构建多个信息传输通道，编号为0的模式的可利用插入位置为wxyz，编号为1的模式的可利用插入位置为xyz，编号为2的模式的可利用插入位置为yz，编号为3的模式的可利用插入位置为z，构建信息传输通道需要确定用于信息传输的模式集合M和插入位置P，具体方法为：模式0~3即编号为0~3的模式编码值的z位构成0号信息传输通道，模式0~2即编号为0~2的模式编码值的y位构成1号信息传输通道，模式0~1即编号为0~1的模式编码值的x位构成2号信息传输通道，模式0即编号为0的模式编码值的w位构成3号信息传输通道；第三步，设计信息封装格式，信息封装格式由隐秘信息、帧头标志、帧长度、编号、校验码组成，帧头标志字段由双方通信的帧格式决定，指明新的一帧的开始；帧长度字段表示整个信息帧的比特数；编号字段是数据帧的标识，为接收方将分割后的数据重组提供顺序，同时提供区分不同类型数据帧的依据，编号为0代表信息正确接收的数据确认帧，编号为-1代表通道闲置时的通道检测帧；隐秘信息字段是要传送的秘密信息；校验码字段是将帧长度、编号和隐秘信息三个部分按照校验方法计算出的结果；第四步，发送端和接收端并行进行信息的发送和接收：4.1发送方的发送端按以下步骤进行信息的发送：4.1.1对隐秘信息S进行预处理，得到封装后的信息包S‘₁，S‘₂…S‘_k…S‘_n，方法是：首先将S加密，然后把加密后的S分割成长度为P、单位为比特的n块信息S₁、S₂…S_k…S_n，再按照信息封装格式，将小块信息S_k即隐秘信息和其帧头标志、帧长度、编号、校验码封装成信息包S‘_k，1≤k≤n；4.1.2对变量进行初始化：将信息传输通道序号C_NOW初始化为3，将变量k初始化为1；4.1.3将信息包S‘_k插入到语音流L中：从VoIP通话软件即Voice over IP软件中取出要发送给接收方的语音流L，根据第二步中确定的通道编号与可利用插入位置的关系，找到当前使用的信息传输通道C_NOW在L中对应的可利用插入位置，然后将S‘_k逐比特替换这些可利用插入位置即信息插入位，得到L‘；4.1.4对L‘进行音质动态弥补，得到动态弥补后的语音流L“，方法是：4.1.4.1从信息插入位的相邻的w、x、y、z中选择弥补位：0号信息传输通道弥补位为y，1号信息传输通道弥补位为x和z，2号信息传输通道弥补位为w和y，3号信息传输通道弥补位为x；4.1.4.2实行动态弥补，弥补位可能的值有两个，分别为0或1，使得弥补位有多种组合方式，如下表：对于当前使用的信息传输通道的弥补位的每一个组合，分别将插入信息后的语音编码值的弥补位改为该组合，然后与插入信息前的语音编码值作比较，选出相差最小的组合，将插入信息后的语音编码值的弥补位改为这个组合得到动态弥补后的语音流L“，所述相差最小是指进行了弥补前后的编码值的差值的绝对值最小；4.1.5发送方的发送端将L“提交给VoIP软件，通过网络发送给接收方的接收端；4.1.6等待回复：发送方的接收端检测是否收到接收方的发送端发送过来的确认数据包，如果在T_R时间内没有收到确认数据包，转4.1.7；如果发送方的接收端检测到成功收到确认数据包，则k=k+1，转4.1.8；所述T_R根据具体网络时延决定；4.1.7向上调整通道：如果发送方的接收端连续N_danger次没有接收到确认数据包，且如果C_NOW<3，则C_NOW=C_NOW+1，转4.1.9；N_danger为正整数；4.1.8向下调整通道：如果发送方连续N_safe次成功发送信息并且没有发生超时重发，且如果C_NOW>0，C_NOW=C_NOW-1；N_safe为正整数；4.1.9单次发送结束，发送方检测是否有数据确认包需要发送，如果有则置S_k'为确认数据包，转4.1.3；如果k=0，转4.1.1；如果0<k<n，置k=k+1，转4.1.3；如果持续时间T_test没有发送任务，且k≥n，则将S_k'置为通道检测数据包，转4.1.3；其余情况在延时1秒后再次执行4.1.9；T_test根据传输延迟而定；4.2接收方的接收端按以下步骤进行信息的接收：4.2.1接收端从VoIP软件中获得对方发送过来的语音流L“，然后按照四个不同通道隐秘信息插入的反向过程，同时提取出四个传输通道上的插入位置的数据；4.2.2接收端对信息进行验证：按照校验码字段所用校验方法，接收端计算接收到的信息的帧长度、编号和隐秘信息三个部分内容的验证码，并和接收到的信息的验证码部分进行比对，如果两者一致则转4.2.3；否则转4.2.1。4.2.3接收端对隐秘信息进行处理：如果编号不为0，则给己方发送端发送命令，要求己方的发送端发送一个以接收到的编号为参数的确认数据帧，转4.2.4；如果编号为0，则该帧是数据确认帧，给己方的发送端发送以接收到的编号为参数的消息，通知发送端该编号的信息帧成功传输，转4.2.1；4.2.4接收端将信息合并还原：对于新收到的信息，和之前收到的信息连接，如果收到了一次通信中的最后一个数据包，那么信息连接完毕后进行解密，按照对方发送端加密操作的逆过程还原出对方发送过来的隐秘信息，转4.2.1。