鲁棒的高容量音频信息隐藏算法
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＝
（ ， ，，＋ ）， 其 中 ， ＝ ・ ・ ， … ，一 ， Ｑ ， ｄ ｄ ＋
ｉ ， １ ｆ＋ １ 和 Ｑ既可作为信息隐藏鲁棒性、隐 ＝ｆ ｆ＋ ， …， Ｑ一 。ｆ 藏容量、隐蔽性 的调控参数 ， 又可作为秘密信息提取时密钥。 第 ４ 步 重新构造 进行 Ｄ Ｔ 变换 后 的系 数矢量 ， Ｃ
一
的随机矢量， ＝Ｐ Ｐ 设为 （ …，。（＝，…， ）每个长 Ｐ ）ｉ １， Ｍ ， ２
度小于音频尺寸 ，即 Ｑ＜ 。则按如下 的公式构造得到调制 Ｎ
好 的 Ｗ：
Ｗ ＝∑ 自
基金项 目：重庆市 自然科 学基金 资助项 目（ Ｔ ２０ Ｂ ２ ０ ） ＣＳ Ｃ， ４ Ｂ ２ ０ ０
３ 算法信息 隐藏性能分析 ． ３
从 ３１ ． 节的嵌入算法和 ３２节的提取算法可以看 出， 中 ． 其 的参数 Ｍ， ， ， 是确定 隐藏算法鲁棒性 、 ， Ｑ 隐蔽性及隐藏容量 等性能的参数 ，根据不 同的应用场合对隐藏性能要求 的不 同 来调整相应的参 数，因此分析和掌握各参数对性能 的影响十 分重要。一般地 ，当 Ｍ 增加 ，即隐藏的容量增加，由式（） １
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第３ ４卷 第 ４期
Ｖ Ｌ ４ ｏ３
・
计
算
机
工
程
２０ ０ ８年 ２月
Ｆｅ ｕ ｙ ２ ０８ ｂｒ ａｒ ０
Ｎｏ． ４
Ｃｏ ｐ ｅ ｇ ｎｅ ｒ ｎｇ ｍ ｕｔ ｒＥｎ ｉ ｅ ｉ
安 全技术 ・
文章编号ｌ１ ０＿４８ ０８ ４＿１２＿２ 文献标识码：Ａ ｏ ＿３ （ ０） ＿０６—０ ｏ＿ ２ ２ ０
作者倚介 ：柴
毅（９２ ，男 ，教授、博士 生导师 ，主研方向 ： １６ 一）
模式识别 ，信息隐藏 ；刘一均 ，硕士研究 生；郭茂耘 ，讲师、博士 研究 生；刘 宇 ，博 士研究生 收稿 日期 ：２ ０ — —０ ０ ７ ３３ ０ Ｅ ｍ ｉ ｉ ｎ ｕ ｄｙ ｏ ｕ ｏ — ａ ：ｙ ｕ ｌ — ｊ＠ｓｈ ． ｍ ｌ ｊ ｉ ｃ
ｅ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｏ ｉ ｅ ｔａ ｓ ｏ ｏ ｉ ｆｔ ｅ ＡＣＯＣＡ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｇ ａ ｃ ｔ ｎ ｓｖ ｒ ｍｂ ｄ ｉ ｈ ｉｃ ｅ ｅｃ ｓｎ ｒ ｎ ｆ ｒ ｄ ｍａ ｎ ｏ ｍ ｈ Ｅｘ ｅ ｉ ｎａ ｓ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｏ ｉ ｒ ｓ ｔ ｈ ｈ ｓｈｉｈ ｃ ｐａ ｉ ａ ｄ ｉ ｅ ｙ ｙ ｒ ｂ ｓ ｏ ｗｉ ｅ ｒ ｇ ｆ ａｔ ｃ ｓ Ｔ ｅ ｅ ａ ｔｃ ｓ ｉｃ ｕ ｅ ａ ｌｔ ｄ — ｏ ｍａ ｉｅ ｕ ｃ ｌ ｒ ｐ ｃ ａ ｉｔ ｒｉ ｎ，ｎ ｓ ｅ ｕａ ｅ ｏ ｔ ｋ ． ｎ ａ ｈ ｓ ｔ ｋ ｎ ｌ ｄ ｍｐ ｉ ｅ ｎ ｒ ｌ ，ｑ ｉ ｋ ｆ ｔ ，ｓ ｅ ｉ ｌｄ ｓｏ ｔ ａ ｕ ｚ ｉ ｅ ｏ ｏｉｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｏ
Ｃ （ ｌａ， ｃⅣ ） ｄ （ ｌｄ， ｃⅣ ） ａ ｃ ， ２ ａ／ ，Ｃ ｃ ， ２ ｄ／ ａｃ …， ２ ｄ ｃ …， ２
第 ２步 对 进行 ＤＣ Ｔ变换 ， 得到变换 后的系数矢量为
Ｄ ＝（ ，２… ， ／） ｄ， ２
第 ３步 将 调制好 的 ｗ嵌入到 Ｄ的中频 部分 。 Ｄ的 中 设
［ ｓｒ ｃ｜Ｔ ｉｐｐ ｒ ｒｐ ｓｓ ｎａｄｏｉｆｒ ｔ ｎｈｄｎ ｌｏｉ ｍ．ｔ ｓｓ ＭＡ ｒａ ｐｃｒｍ ｈｍｅｔ ｒｐｏｅｓ ｅｒｔ ｓａｅ ａｄ Ａｂｔａｔ ｈｓ ａｅ ｏ ｏｅ ｕ ｉ ｏｍａｉ ｉｉｇａｇ ｒｈ Ｉｕｅ ｐ ａ ｎ ｏ ｔ ＣＤ ｓ ｅｄｓｅｔ ｓ ｅ ｐｅｒｃｓ ｃｅ ｍｅｓｇ ， ｐ ｕ ｃ ｏ ｓ ｎ
将秘密信息嵌入到近似 系数 的离散余弦变换 中频部分 。 实验结 果表 明该算法具有较高的信 息隐藏容量和较强的鲁棒性 ， 能抵抗幅值规范化、 滤波、失真、消噪及其部分组合攻击。
关璧 词：信息隐藏 ；扩谱 ；离散小波变换 ；离散余 弦变换 ；音频
Ｒｏ ｕ ｔ ｎ ｇ ｐ ｃ ｔ ｔ ｇ ｎ ｇ ａ ｈ ｄ ｏ ｂ ｓ ｄ Ｈｉ ｈ Ｃａ ａ ｉｙ Ｓ ｅ ａ ０ ｒ ｐ ｙ ｉ Ａｕ ｉ ａ ｎ
表 １ 参 数 Ｍ￣Ｑ２ ，与蠢藏性能 的关系
频部 ＝ｄ， …ｄ＋１， 分为 （ ｄ ， 。） 则嵌入方法如下： ｓ 川， ，－
ｆ ｄ＝ Ｄ
ｍ
＋ ・ Ｄ
ｍ
０ Ｄ ０ Ｗ
（） ２
其 中，
表示嵌入 ｗ 后的中频系数 ； ｏ表示矢量中对应
元素 的乘 积 ； 是嵌 入强度参数 ，一般可取 ＝／万 。即有 Ｊ √
Ｃ Ｉ ｉＬ ＵＹｉｕ ， ＵＯ Ｍａ ・ｕ ， Ｉ ｕ ＨＡ ， Ｉ － ｎ Ｇ ｏｙ ｎ Ｌ ＵＹ Ｙ ｊ
（ ｔｍａｉｎＣ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｑｎ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ４ ） Ａｕｏ ｔ ｏ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｇ ｉｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ４ ｏ ｅ ｔ
ｌ 概 述
语音通信在 日常生活中非常普遍 ，说 明语音是掩密通 信 （ ｅａｏ ｒｐ ｉ ｏ ｓ ｇｎ ｇａ ｈ ｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎ 中 易 于 得 到 的 掩 护 媒 体 ｔ ｃ ｎｃ ｉ ） ａｏ （ｏｅ— ｄａ，同时也说 明秘密语音信息 的隐藏 的研 究是很 ｃｖｒ ｉ） ｍｅ 有意义 的。由于人的听觉 比视觉具有更强 的敏感性 ，因此声 音 中的信 息隐藏要难于 图像 中进行信息隐藏。近年来 ，在信
（） ３频谱变换法 Ｊ ，该算法借鉴扩频通信 的原理 ，将通信 信息作为噪声 隐藏到载体数据 的频谱中，该 方法具有较高的
健壮性 ；
生成 Ｍ 个 ０均值 、取值为一 或 １ １ 的长度为 Ｑ 也可作为密钥） （
（） ４ 回声隐藏法” ，该算法通过改变语音回声 的延迟来隐 Ｊ 匿信息 ，隐藏容量很少 ； （） ５基于融合的隐藏算法 ，该算法简单易实现 ，隐藏容 量大 ，但在语音提取时对 同步有非常苛刻 的要求 ； （） ６基于编码 的信息隐藏算法 ７ ‘，将语音经过压缩编码、 １ 参数编码或量化编码 ，进而进行秘密信息隐藏。此外 ，还有 其他多种语音隐藏算法 ，可以看作 以上算法 的改进 。但 目 前还没有一种鲁棒性强、隐藏容量高 的语音信息隐藏 算法 。 文献【】 ９在研究图像水印时 ，提 出了一种基于 Ｃ ＭＡ 的 Ｄ 水印的构造 方法 ，受其启发 ，本文提 出了一种 鲁棒性强 、隐
ａｔｃ ． ｔ ｋｓ ａ
［ ｙｗ ｒｓ ｎｏ ａｉｎｈｄｎ ；ｐｅｄｓｅｔ ｍ； ｓｒｔＷａｅｅ ｒｎｆｒ ｔ ｎＤＷＴ ： ｓｒｔ Ｃ ｓ ｅＴａ ｓ ｒ ｔ ｎＤＣ ）ａ ｄｏ Ｋｅ ｏ ｄ ］ｉｆｒ ｔ ｉｉｇ ｓｒａ ｃｒ Ｄｉ ｅｅ ｖｌｔ ａ ｓ ｍａｉ （ ｍ ｏ ｐ ｕ ｃ Ｔ ｏ ｏ ）Ｄｉ ｅｅ ｏｉ ｒｎｆ ｍａｉ （ Ｔ ； ｕ ｉ ｃ ｎ ｏ ｏ
息 隐 藏领 域 ， 国 内外 以 图像 为 掩 护 信 息 的 隐匿 技 术 和 数 字 水
藏 容量高 的语音信 息隐藏 算法 。实验 表明所提 出的算法对
Ｃ ｏ ｄｔ ｒ ． 件 中 的诸 如 Ａｍ ｌｕ ｅＮ ｒ ｌｅ Ｑ ｉｋ ｏ ｌ ｉ Ｐｏ２０软 Ｅ ｐｉ ｄ— ｏｍａ ｚ， ｕｃ ｔ ｉ
知 ｗ 的变化幅度增加 ， 从而导致式（） ２嵌入秘密信 息的中频系
数 比原 始的中频 系数 的差增大 ，这种差 距将带入到 含 密语 音与原始语音 的差 中，因此引起隐蔽性下降 。反之 ， 当 减少 时， 的变化 幅度减少 ，从而隐蔽性变好。通过类 似的分析 ，得出参数 ， Ｑ 与 隐藏性能的关系如表 １ ，， 所示。
２ 秘密 信息预 处理
Ｐｎ ｏ ｇ 等 人 在 研 究 基 于 图像 归一 化 的 抗仿 射 变 换 的 ｉｇ Ｄ ｎ 数字水印时 ，提 出了一种基于 Ｃ ＭＡ的水印 的构造 方法 ｆ Ｄ ，
印技术研 究较多 ，而关于声音 的数字水印研究较少 ，尤其是 以语音为载体 的信息隐匿技术研究则更少 。 目前 ，已经提出 的用于语音信息隐藏 的算法大体 可以分为 ６种 ： （） 低 有效 位 （Ｓ ） 法 …， 方 法 隐藏 容 量 大 ， 稳 健 １最 Ｌ Ｂ方 该 但 性较差 ，无法抵抗音频数据处理所带来 的破坏 ； （） ２相位编码 法 Ｊ ，该算法通过修改音频数据 的傅里叶系 数的相位值将信息隐藏到音频数据中 ，鲁棒性较高 ，但隐藏
（ ＝１ ， Ｍ ） ｉ ， …， 。将 ｍ 用密 钥 Ｋ ｙ 进 行 加 密 ，并调 制 成 双 极 ２ ｅ１
性 的伪随机序列 ，得到伪随机序列 ｂ ｂ， ， ６ ） ＝（． ２ ｂ …， ，其 中，
ｂ∈｛１ 】 ｉ ，， Ｍ ） ＿、 （ ＝１ …， ，Ｍ 是 要 嵌 入 的水 印 长 度 。 用 密 钥 １ ２ Ｋ ｙ 存 Ｍ 个随机整数 ， ｅ ２生 用这 Ｍ 个 随 机 整 数 作为 “ 子” ， 种
容 量 较少 ；
将该 方法应用于 音频信 息隐藏 中，将秘密信息进行预处理 ， 生成调制后的秘密信息 ，其具体 生成过程如下 ：
设 Ａ＝（ …， ） ａ， ａ 是欲嵌入秘密信 息的音频 ， 即掩护音 频 。 没 ｍ＝（ ” －ｌ 为 秘 密 信 息 ，其 中 ， ｍ ∈｛， －？ ，ｌ ） ｉ ０１ ｝
中图 号： Ｐ９ 分类 Ｔ ３１
鲁棒 的 高容量 音频信 息 隐藏 算 法
柴 毅 ，刘一均 ，郭茂耘 ，刘 宇
（ 重庆大学 自动化学院 ，重庆 ４ ０ ４ ） ００ ４
摘
要 ：提出一种音频信息隐藏算法 ，该算法利用 Ｃ ＭＡ扩谱方法对秘密信息进行预 处理 ，使用离散小 波变换获得掩护声音的近 似系数 ， Ｄ
ｕｓ ｓ ｆ ｄ ｓ ｒ ｔ ｖ ｌ ｔｔａ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｂ ａ ｎ ｔ ｅ Ａｐ ｒ ｘ ｍａ ｅ Ｃｏ ｆ ｉ ｉｎ ｆ ｔ ｅ Ｃｏ ｅ — ｕ ｏ（ ｅ ｉｃ ｅ ｅ ｗａ ｅｅ ｒ ｎｓｏ ｌ ｍ ｔｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｈ ｐ ｏ ｉ ｔ ｅ ｃ ｅ ｔｏ ｈ ｖ ｒａ ｄｉ ＡＣ０ＣＡ１ ．Ｔｈ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｓ ｃ ｅ ｓ ａ ｅ ｉ ｅ ｐ ｅ ｒ ｃ ｓ ｅ ｅ ｒ ｔｍｅ ｓ ｇ ｓ
３ 秘密信息嵌入算法 ． １ 设 Ａ＝ ａａ， ａ ） （ ， …， 是欲嵌入秘密信息 的音频 ， ， 即载体音
频 ，则嵌 入 过 程 如 下 ：
所 以有 ： ｂ ｓ ｎ Ｃ ） ｔ ｉ （ｔ 。 ｇ
第 ６步 对 进行解调和用 Ｋ ｙ ｅ ｌ解密 ，则得到秘密信
息 ｍ。
第 ｌ步 对 Ａ进行离散小波变换 ，得到的低频分量和高 频分量分别为 和 ：
】２ ６～
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即Ｗ ＝ Ｗ，ｚ Ｗ ） Ｑ维行矢量， ｆＩ ， Ｑ是 ｗ …， 其中，ｗ ＝ ｐｂ． ｋ 芝 ｉｉ ｋ
ｋ ，， Ｑ。 ＝１ …， ２
ｃ，
ｊ差 ； ＝ ｝ ｐｊ ｌ
０ ｋ≠
３ 高容量的音频信息隐藏算法
Ｆｌ ｒＳ ｅ ｉ ｉ ｏｔ ｎ Ｎｏｓ Ｒ ｄｃｉｎ以及 它 们 部 分 组 合 ｉｅ， ｐｃａ Ｄ ｓ ｒ ｏ ． ｉ ｅ ｕ ｔ ｔ ｌ ｔ ｉ ｅ ｏ 攻 击 具 有 鲁 棒 性 。通 过 对 语 音 进 行 分 段 处理 和 隐藏 ，也 可 以 使 算 法 达 到较 高 的信 息 隐 藏容 量 。
（ ， ，，＋ ）， 其 中 ， ＝ ・ ・ ， … ，一 ， Ｑ ， ｄ ｄ ＋
ｉ ， １ ｆ＋ １ 和 Ｑ既可作为信息隐藏鲁棒性、隐 ＝ｆ ｆ＋ ， …， Ｑ一 。ｆ 藏容量、隐蔽性 的调控参数 ， 又可作为秘密信息提取时密钥。 第 ４ 步 重新构造 进行 Ｄ Ｔ 变换 后 的系 数矢量 ， Ｃ
一
的随机矢量， ＝Ｐ Ｐ 设为 （ …，。（＝，…， ）每个长 Ｐ ）ｉ １， Ｍ ， ２
度小于音频尺寸 ，即 Ｑ＜ 。则按如下 的公式构造得到调制 Ｎ
好 的 Ｗ：
Ｗ ＝∑ 自
基金项 目：重庆市 自然科 学基金 资助项 目（ Ｔ ２０ Ｂ ２ ０ ） ＣＳ Ｃ， ４ Ｂ ２ ０ ０
３ 算法信息 隐藏性能分析 ． ３
从 ３１ ． 节的嵌入算法和 ３２节的提取算法可以看 出， 中 ． 其 的参数 Ｍ， ， ， 是确定 隐藏算法鲁棒性 、 ， Ｑ 隐蔽性及隐藏容量 等性能的参数 ，根据不 同的应用场合对隐藏性能要求 的不 同 来调整相应的参 数，因此分析和掌握各参数对性能 的影响十 分重要。一般地 ，当 Ｍ 增加 ，即隐藏的容量增加，由式（） １
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第３ ４卷 第 ４期
Ｖ Ｌ ４ ｏ３
・
计
算
机
工
程
２０ ０ ８年 ２月
Ｆｅ ｕ ｙ ２ ０８ ｂｒ ａｒ ０
Ｎｏ． ４
Ｃｏ ｐ ｅ ｇ ｎｅ ｒ ｎｇ ｍ ｕｔ ｒＥｎ ｉ ｅ ｉ
安 全技术 ・
文章编号ｌ１ ０＿４８ ０８ ４＿１２＿２ 文献标识码：Ａ ｏ ＿３ （ ０） ＿０６—０ ｏ＿ ２ ２ ０
作者倚介 ：柴
毅（９２ ，男 ，教授、博士 生导师 ，主研方向 ： １６ 一）
模式识别 ，信息隐藏 ；刘一均 ，硕士研究 生；郭茂耘 ，讲师、博士 研究 生；刘 宇 ，博 士研究生 收稿 日期 ：２ ０ — —０ ０ ７ ３３ ０ Ｅ ｍ ｉ ｉ ｎ ｕ ｄｙ ｏ ｕ ｏ — ａ ：ｙ ｕ ｌ — ｊ＠ｓｈ ． ｍ ｌ ｊ ｉ ｃ
ｅ ｅ ｎ ｔ ｅ ｄ ｓ ｒ ｔ ｏ ｉ ｅ ｔａ ｓ ｏ ｏ ｉ ｆｔ ｅ ＡＣＯＣＡ． ｐ ｒｍｅ ｔ ｌ ｅ ｕｌ ｈ ｗ ｈ ｔ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｇ ａ ｃ ｔ ｎ ｓｖ ｒ ｍｂ ｄ ｉ ｈ ｉｃ ｅ ｅｃ ｓｎ ｒ ｎ ｆ ｒ ｄ ｍａ ｎ ｏ ｍ ｈ Ｅｘ ｅ ｉ ｎａ ｓ ｔ ｓ ｏ ｔ ａ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ｌ ｏ ｉ ｒ ｓ ｔ ｈ ｈ ｓｈｉｈ ｃ ｐａ ｉ ａ ｄ ｉ ｅ ｙ ｙ ｒ ｂ ｓ ｏ ｗｉ ｅ ｒ ｇ ｆ ａｔ ｃ ｓ Ｔ ｅ ｅ ａ ｔｃ ｓ ｉｃ ｕ ｅ ａ ｌｔ ｄ — ｏ ｍａ ｉｅ ｕ ｃ ｌ ｒ ｐ ｃ ａ ｉｔ ｒｉ ｎ，ｎ ｓ ｅ ｕａ ｅ ｏ ｔ ｋ ． ｎ ａ ｈ ｓ ｔ ｋ ｎ ｌ ｄ ｍｐ ｉ ｅ ｎ ｒ ｌ ，ｑ ｉ ｋ ｆ ｔ ，ｓ ｅ ｉ ｌｄ ｓｏ ｔ ａ ｕ ｚ ｉ ｅ ｏ ｏｉｅ ｒ ｄ ｃ ｉ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｅ ｃ ｍｂ ｎ ｄ ｏ
Ｃ （ ｌａ， ｃⅣ ） ｄ （ ｌｄ， ｃⅣ ） ａ ｃ ， ２ ａ／ ，Ｃ ｃ ， ２ ｄ／ ａｃ …， ２ ｄ ｃ …， ２
第 ２步 对 进行 ＤＣ Ｔ变换 ， 得到变换 后的系数矢量为
Ｄ ＝（ ，２… ， ／） ｄ， ２
第 ３步 将 调制好 的 ｗ嵌入到 Ｄ的中频 部分 。 Ｄ的 中 设
［ ｓｒ ｃ｜Ｔ ｉｐｐ ｒ ｒｐ ｓｓ ｎａｄｏｉｆｒ ｔ ｎｈｄｎ ｌｏｉ ｍ．ｔ ｓｓ ＭＡ ｒａ ｐｃｒｍ ｈｍｅｔ ｒｐｏｅｓ ｅｒｔ ｓａｅ ａｄ Ａｂｔａｔ ｈｓ ａｅ ｏ ｏｅ ｕ ｉ ｏｍａｉ ｉｉｇａｇ ｒｈ Ｉｕｅ ｐ ａ ｎ ｏ ｔ ＣＤ ｓ ｅｄｓｅｔ ｓ ｅ ｐｅｒｃｓ ｃｅ ｍｅｓｇ ， ｐ ｕ ｃ ｏ ｓ ｎ
将秘密信息嵌入到近似 系数 的离散余弦变换 中频部分 。 实验结 果表 明该算法具有较高的信 息隐藏容量和较强的鲁棒性 ， 能抵抗幅值规范化、 滤波、失真、消噪及其部分组合攻击。
关璧 词：信息隐藏 ；扩谱 ；离散小波变换 ；离散余 弦变换 ；音频
Ｒｏ ｕ ｔ ｎ ｇ ｐ ｃ ｔ ｔ ｇ ｎ ｇ ａ ｈ ｄ ｏ ｂ ｓ ｄ Ｈｉ ｈ Ｃａ ａ ｉｙ Ｓ ｅ ａ ０ ｒ ｐ ｙ ｉ Ａｕ ｉ ａ ｎ
表 １ 参 数 Ｍ￣Ｑ２ ，与蠢藏性能 的关系
频部 ＝ｄ， …ｄ＋１， 分为 （ ｄ ， 。） 则嵌入方法如下： ｓ 川， ，－
ｆ ｄ＝ Ｄ
ｍ
＋ ・ Ｄ
ｍ
０ Ｄ ０ Ｗ
（） ２
其 中，
表示嵌入 ｗ 后的中频系数 ； ｏ表示矢量中对应
元素 的乘 积 ； 是嵌 入强度参数 ，一般可取 ＝／万 。即有 Ｊ √
Ｃ Ｉ ｉＬ ＵＹｉｕ ， ＵＯ Ｍａ ・ｕ ， Ｉ ｕ ＨＡ ， Ｉ － ｎ Ｇ ｏｙ ｎ Ｌ ＵＹ Ｙ ｊ
（ ｔｍａｉｎＣ ｌ ｇ ， ｈ ｎ ｑｎ ｉｅｓ ｙ Ｃ ｏ ｇ ｉｇ４ ０ ４ ） Ａｕｏ ｔ ｏ ｌ ｅ Ｃ ｏ ｇ ｉｇＵｎｖ ｒｉ ， ｈ ｎ ｑｎ ０ ０ ４ ｏ ｅ ｔ
ｌ 概 述
语音通信在 日常生活中非常普遍 ，说 明语音是掩密通 信 （ ｅａｏ ｒｐ ｉ ｏ ｓ ｇｎ ｇａ ｈ ｃｍｍｕ ｉ ｔ ｎ 中 易 于 得 到 的 掩 护 媒 体 ｔ ｃ ｎｃ ｉ ） ａｏ （ｏｅ— ｄａ，同时也说 明秘密语音信息 的隐藏 的研 究是很 ｃｖｒ ｉ） ｍｅ 有意义 的。由于人的听觉 比视觉具有更强 的敏感性 ，因此声 音 中的信 息隐藏要难于 图像 中进行信息隐藏。近年来 ，在信
（） ３频谱变换法 Ｊ ，该算法借鉴扩频通信 的原理 ，将通信 信息作为噪声 隐藏到载体数据 的频谱中，该 方法具有较高的
健壮性 ；
生成 Ｍ 个 ０均值 、取值为一 或 １ １ 的长度为 Ｑ 也可作为密钥） （
（） ４ 回声隐藏法” ，该算法通过改变语音回声 的延迟来隐 Ｊ 匿信息 ，隐藏容量很少 ； （） ５基于融合的隐藏算法 ，该算法简单易实现 ，隐藏容 量大 ，但在语音提取时对 同步有非常苛刻 的要求 ； （） ６基于编码 的信息隐藏算法 ７ ‘，将语音经过压缩编码、 １ 参数编码或量化编码 ，进而进行秘密信息隐藏。此外 ，还有 其他多种语音隐藏算法 ，可以看作 以上算法 的改进 。但 目 前还没有一种鲁棒性强、隐藏容量高 的语音信息隐藏 算法 。 文献【】 ９在研究图像水印时 ，提 出了一种基于 Ｃ ＭＡ 的 Ｄ 水印的构造 方法 ，受其启发 ，本文提 出了一种 鲁棒性强 、隐
ａｔｃ ． ｔ ｋｓ ａ
［ ｙｗ ｒｓ ｎｏ ａｉｎｈｄｎ ；ｐｅｄｓｅｔ ｍ； ｓｒｔＷａｅｅ ｒｎｆｒ ｔ ｎＤＷＴ ： ｓｒｔ Ｃ ｓ ｅＴａ ｓ ｒ ｔ ｎＤＣ ）ａ ｄｏ Ｋｅ ｏ ｄ ］ｉｆｒ ｔ ｉｉｇ ｓｒａ ｃｒ Ｄｉ ｅｅ ｖｌｔ ａ ｓ ｍａｉ （ ｍ ｏ ｐ ｕ ｃ Ｔ ｏ ｏ ）Ｄｉ ｅｅ ｏｉ ｒｎｆ ｍａｉ （ Ｔ ； ｕ ｉ ｃ ｎ ｏ ｏ
息 隐 藏领 域 ， 国 内外 以 图像 为 掩 护 信 息 的 隐匿 技 术 和 数 字 水
藏 容量高 的语音信 息隐藏 算法 。实验 表明所提 出的算法对
Ｃ ｏ ｄｔ ｒ ． 件 中 的诸 如 Ａｍ ｌｕ ｅＮ ｒ ｌｅ Ｑ ｉｋ ｏ ｌ ｉ Ｐｏ２０软 Ｅ ｐｉ ｄ— ｏｍａ ｚ， ｕｃ ｔ ｉ
知 ｗ 的变化幅度增加 ， 从而导致式（） ２嵌入秘密信 息的中频系
数 比原 始的中频 系数 的差增大 ，这种差 距将带入到 含 密语 音与原始语音 的差 中，因此引起隐蔽性下降 。反之 ， 当 减少 时， 的变化 幅度减少 ，从而隐蔽性变好。通过类 似的分析 ，得出参数 ， Ｑ 与 隐藏性能的关系如表 １ ，， 所示。
２ 秘密 信息预 处理
Ｐｎ ｏ ｇ 等 人 在 研 究 基 于 图像 归一 化 的 抗仿 射 变 换 的 ｉｇ Ｄ ｎ 数字水印时 ，提 出了一种基于 Ｃ ＭＡ的水印 的构造 方法 ｆ Ｄ ，
印技术研 究较多 ，而关于声音 的数字水印研究较少 ，尤其是 以语音为载体 的信息隐匿技术研究则更少 。 目前 ，已经提出 的用于语音信息隐藏 的算法大体 可以分为 ６种 ： （） 低 有效 位 （Ｓ ） 法 …， 方 法 隐藏 容 量 大 ， 稳 健 １最 Ｌ Ｂ方 该 但 性较差 ，无法抵抗音频数据处理所带来 的破坏 ； （） ２相位编码 法 Ｊ ，该算法通过修改音频数据 的傅里叶系 数的相位值将信息隐藏到音频数据中 ，鲁棒性较高 ，但隐藏
（ ＝１ ， Ｍ ） ｉ ， …， 。将 ｍ 用密 钥 Ｋ ｙ 进 行 加 密 ，并调 制 成 双 极 ２ ｅ１
性 的伪随机序列 ，得到伪随机序列 ｂ ｂ， ， ６ ） ＝（． ２ ｂ …， ，其 中，
ｂ∈｛１ 】 ｉ ，， Ｍ ） ＿、 （ ＝１ …， ，Ｍ 是 要 嵌 入 的水 印 长 度 。 用 密 钥 １ ２ Ｋ ｙ 存 Ｍ 个随机整数 ， ｅ ２生 用这 Ｍ 个 随 机 整 数 作为 “ 子” ， 种
容 量 较少 ；
将该 方法应用于 音频信 息隐藏 中，将秘密信息进行预处理 ， 生成调制后的秘密信息 ，其具体 生成过程如下 ：
设 Ａ＝（ …， ） ａ， ａ 是欲嵌入秘密信 息的音频 ， 即掩护音 频 。 没 ｍ＝（ ” －ｌ 为 秘 密 信 息 ，其 中 ， ｍ ∈｛， －？ ，ｌ ） ｉ ０１ ｝
中图 号： Ｐ９ 分类 Ｔ ３１
鲁棒 的 高容量 音频信 息 隐藏 算 法
柴 毅 ，刘一均 ，郭茂耘 ，刘 宇
（ 重庆大学 自动化学院 ，重庆 ４ ０ ４ ） ００ ４
摘
要 ：提出一种音频信息隐藏算法 ，该算法利用 Ｃ ＭＡ扩谱方法对秘密信息进行预 处理 ，使用离散小 波变换获得掩护声音的近 似系数 ， Ｄ
ｕｓ ｓ ｆ ｄ ｓ ｒ ｔ ｖ ｌ ｔｔａ ｆ ｒ ａ ｉ ｎ ｔ ｂ ａ ｎ ｔ ｅ Ａｐ ｒ ｘ ｍａ ｅ Ｃｏ ｆ ｉ ｉｎ ｆ ｔ ｅ Ｃｏ ｅ — ｕ ｏ（ ｅ ｉｃ ｅ ｅ ｗａ ｅｅ ｒ ｎｓｏ ｌ ｍ ｔｏ ｏ ｏ ｔ ｉ ｈ ｐ ｏ ｉ ｔ ｅ ｃ ｅ ｔｏ ｈ ｖ ｒａ ｄｉ ＡＣ０ＣＡ１ ．Ｔｈ ｒ ｐ ｏ ｅ ｓ ｄ ｓ ｃ ｅ ｓ ａ ｅ ｉ ｅ ｐ ｅ ｒ ｃ ｓ ｅ ｅ ｒ ｔｍｅ ｓ ｇ ｓ
３ 秘密信息嵌入算法 ． １ 设 Ａ＝ ａａ， ａ ） （ ， …， 是欲嵌入秘密信息 的音频 ， ， 即载体音
频 ，则嵌 入 过 程 如 下 ：
所 以有 ： ｂ ｓ ｎ Ｃ ） ｔ ｉ （ｔ 。 ｇ
第 ６步 对 进行解调和用 Ｋ ｙ ｅ ｌ解密 ，则得到秘密信
息 ｍ。
第 ｌ步 对 Ａ进行离散小波变换 ，得到的低频分量和高 频分量分别为 和 ：
】２ ６～
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即Ｗ ＝ Ｗ，ｚ Ｗ ） Ｑ维行矢量， ｆＩ ， Ｑ是 ｗ …， 其中，ｗ ＝ ｐｂ． ｋ 芝 ｉｉ ｋ
ｋ ，， Ｑ。 ＝１ …， ２
ｃ，
ｊ差 ； ＝ ｝ ｐｊ ｌ
０ ｋ≠
３ 高容量的音频信息隐藏算法
Ｆｌ ｒＳ ｅ ｉ ｉ ｏｔ ｎ Ｎｏｓ Ｒ ｄｃｉｎ以及 它 们 部 分 组 合 ｉｅ， ｐｃａ Ｄ ｓ ｒ ｏ ． ｉ ｅ ｕ ｔ ｔ ｌ ｔ ｉ ｅ ｏ 攻 击 具 有 鲁 棒 性 。通 过 对 语 音 进 行 分 段 处理 和 隐藏 ，也 可 以 使 算 法 达 到较 高 的信 息 隐 藏容 量 。