[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

摘要

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。

主权项

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，其特征在于，包括：水印生成及嵌入步骤，包括：1.1将原始语音S分为I帧，每帧语音包含J个采样点，记第i帧信号为fi＝{fi,1,fi,2,...,fi,j,...,fi,J}，其中i＝1,…,I；1.2采用语音压缩编码算法，依次对每帧语音fi进行编码，得到压缩后的语音帧信号csi；所有压缩后的语音帧信号记为cs＝{cs1,cs2,...,csi,...,csI}；1.3位置映射：通过密钥k1生成用于置乱的I个位置编号p＝{p1,p2,...,pi,...,pI}，并对压缩后的语音帧信号cs按照下式依次进行位置映射，映射后的压缩语音帧信号记为cs'＝{cs1',cs'2,...,csi',...,cs'I}，csi′=cspi;]]>1.4将每一帧语音信号fi＝{fi,1,fi,2,...,fi,j,...,fi,J}的各个采样点按照下式进行处理，得到处理后的语音帧信号fi’＝{fi,’1,fi,’2,...,fi,’j,...,fi,’J}；接着，fi’经Hash函数运算，用于生成验证第i段语音帧是否被篡改的校验信息cci，cci＝Hash(fi')；1.5每一帧的水印信息包含三个部分：映射后的压缩语音帧信号csi′、语音帧号i以及校验信息cci，将三者拼接合成水印信息wi＝(wi,1,wi,2,...,wi,m,...,wi,M)；1.6对每一帧语音信号fi进行分段处理，每段长度为N，共分为个语音片段，并记第m个语音片段为xm；1.7采用修改最低有效位数权重的水印嵌入方案依次将水印信息wi,m嵌入到对应语音片段xm中；1.8合并所有含水印语音帧，得到最终含水印的语音信号S’；所述修改最低有效位数权重的水印嵌入方案为，包括步骤：2.1设原始语音片段采样信号x＝{x1,x2,...,xn,...,xN}，水印信息为w，w∈[0,2N‑1]；计算原始语音片段采样信号x的最低有效位数y＝{y1,y2,…,yn,…,yN}，其中yn＝|xn|mod 10；2.2通过原始语音片段采样信号x的最低有效位数值y计算该片段的权重c，其取值范围为[0,2N‑1]，c=(Σn=1N2N-n×yn)mod2N;]]>2.3计算各个原始语音片段采样信号x的权重c与待嵌入水印信息w的差值，并将其转换为二进制序列d＝{d1,d2,...,dn,...,dN}，此二进制序列长度与原始语音片段采样信号x的长度N相等，d＝(|c‑w|)2；2.4采用以下公式得到含水印信息的最低有效位数y'＝{y1',y'2,...,y'n,...,y'N}，y′=y-d,ifc>wy+d,ifc<wy,otherwise;]]>2.5将含水印信息的最低有效位数y’分别与原始语音片段采样信号x中的采样点按照如下方式相结合，得到含水印信息的语音片段采样信号x’＝{x1',x'2,...,x'n,...,x'N}，语音内容认证和篡改恢复步骤：3.1设待检测语音信号为S′，从第一个采样点开始选择连续的J个样本作为一帧语音信号f；3.2按照步骤1.4生成校验信息的方式，重构语音信号f的校验信息cc；3.3对每一帧语音信号f，按照步骤1.6的方式进行分段处理，记第m个语音片段采样信号为zm＝{zm,1,zm,2,...,zm,n,...,zm,N}；3.4按照步骤2.1的方式计算各个语音片段采样信号zm的最低有效位数y＝{y1,y2,…,yn,…,yN}，并计算各个语音片段采样信号zm的权重，得到提取的水印信息wm，wm=Σn=1N(2N-n×yn)mod2N;]]>所述水印信息wm中包含映射后的压缩语音帧信号tcs，语音帧号n以及校验信息cc’；3.5比较重构的校验信息cc和提取的校验信息cc’；若两者完全相等，则断定当前所选采样点所构成的语音帧为完整未被篡改的语音帧；此时，得到并记录未被篡改的语音帧信号fn、未被篡改的语音帧号n以及嵌入的压缩信号csn；移动J个样本点，并选择连续的J个样本点作为新的一段语音帧并进行完整性认证；反之，若两者不相等，则当前所选语音帧中第一个采样点遭受篡改，随后移动一个采样点并选择后续的J个样本点作为新的一段语音帧，并进行新一轮的校验；依次重复对选择的语音帧进行认证，直到对待检测语音中所有采样点验证完成；3.6待检测语音中所有采样点验证完成后，若记录的未被篡改的语音帧号n不是连续的整数，则通过查找n中所缺失语音帧号的数量及位置确定被篡改语音帧的数量eN以及对应被篡改语音帧的位置eI；3.7当eN等于零时，判定语音信号未被篡改，检测结束；反之，当被篡改语音帧的数量eN大于零时，判定待检测语音信号已经被篡改，并根据水印生成及嵌入步骤中的密钥k1获得用于逆置乱压缩信号tcs对应的位置编号p，并通过得到的序列p对得到的压缩语音帧信号tcs进行位置逆置乱以得到未被置乱前各段语音帧对应的压缩信号cs*；随后采用所述语音压缩编码对应的解码方式对得到的压缩信号cs*进行解码重构原始语音信号S*；根据被篡改语音帧的位置eI，利用重构语音信号S*中对应位置的语音帧采样点替换待检测语音S′中被篡改语音帧中的采样点，同时保留待检测语音信号S′中通过认证的语音帧fn，从而得到最终恢复的语音信号rS。