经典声音信息隐藏
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1、秘密语音信息M经 4 、加密的密钥经隐信 道c与秘密语音信息一 过加密算法加密，加 起传给接收方 密密钥K 2、利用水印算法f将加 5 、接收方利用语音水 密后的M嵌入到语音载 印提取算法＆(X,K)将 体x中，形成复合语音 秘密语音信息提取出 X在公开信道上传输 来 3、复合语音X经过Q 6 、提取后的秘密语音 （y/x）传输，遭受攻 信息经过解密算法解 密得到m 击和干扰后变成攻击 后的复合语音信息Y
特点：
Hale Waihona Puke Baidu
本身简单易实现；音频信号里可以编码的数 据量大；信息嵌入和提前算法简单，速度快；对信 道干扰及数据操作的抵抗力很差。
改进方法：
为了提高鲁棒性，可用一段伪随机序列来控制嵌 入秘密二进制位的位置。伪随机信号可以由伪随机 序列发生器来产生。 并且，可将秘密数据位嵌入到载体数据的较高 位，对应于音频信号中的低频分量，但这样带来的 结果是大大降低了数据隐藏的隐秘性，为改善这一 点，可以在嵌入过程中根据音频的能量进行数据嵌 入位选择的自适应以，达到隐藏效果、隐藏容量和 鲁棒性三者之间的最佳平衡。
优缺点： 具有较强的鲁棒性，并且可以获得极好的隐藏 效果。缺点是水印容量较小。
扩展频谱方法
内容： 内容 借鉴扩频通信的思想，可以在编码音频数据流 时把秘密数据分散在尽可能多的频率频谱分量中以 达到隐藏信息数据的目的。 延伸： 延伸 扩频通信方式有很多，常用的有直序扩频编码 方法（DSSS）。DSSS算法中采用对称密钥体制，即 用相同的密钥来编码和解码。该密钥是伪随机噪声， 理想伪随机噪声是白噪声，它在频率范围里有良好 的频率响。
式中，w为原始秘密信息，记为提取后的秘密信息， 它们的大小为M1*M2。 4 、嵌入容量 嵌入容量是指在单位时间内的音频信号内能嵌入 多少秘密信息，是评价一个隐藏算法的重要参数，通 常用bps作为单位。
音频信息隐藏的主要方法
最不重要位（LSB）的方法 最不重要位（ ）
内容： 一种最简单的数据嵌入方法 任何秘密数据都可以看做是一串二进制位流， 音频文件的每一个采样数据也是用二进制表 示 将每一个采样值的最不重要位（最低位）用 代表秘密数据的二进制位替换
数字音频信息隐藏技术的评价标准
随着数字音频信息隐藏技术的发展，往往需 要评价一个隐藏算法的优劣，相应地出现了一系 列音频隐藏的评价标准。最常用的评价标准是主 观测试法，也就是利用人耳的主观评价来判断算 法的质量，即嵌入信息后的音频信号与原始音频 信号相比较，在听觉上应该不会有明显的差别。 最常用的主观测试法主观平均判分法 (MOS)法， 该方法需要招集若干实验者，由他们对音频信号 质量的好坏进行评分，求出平均分数作为对音频 信号质量的评价结果。
经典的音频信息隐藏技术
概括
随着数字媒体（数字音频、数字图像、数 字视频等）和Internet应用的不断普及， 信息安全技术自诞生之初就一直得到广泛 的关注和相当的重视。 作为信息安全的一个重要分支,音频信息隐 藏技术由于应用广泛而逐渐成为信息安全 领域的研究热点之一
音频水印的数学模型
音频水印工作过程
客观测度作为一个可以定量评价数字音频信息隐 藏的标准，在性能评价中占有十分重要的地位。通常 情况下，可以对不同嵌入机制的音频隐藏算法采用不 同的客观度量方法，常用的客观评价方法有: 1、信噪比 、信噪比（SNR） 如果把嵌入的秘密信息看作是加载到原始音频信 号上的噪声，则可以通过计算信噪比来衡量嵌入的秘 密信息对原始音频信号的影响程度。假设原始音频信 号即宿主信号为x(n)，嵌入秘密信息的音频信号即隐 秘信号为xW(n)，则信噪比表示为:
当嵌入“0”时，选择Δt；否则，选择Δt’。 延迟时间Δt或Δt’是以人听不到回声信号为准则 进行选取的。 载体数据和经过回声隐藏的隐秘数据对 于人耳来说,前者就像是从耳机里听见的声音, 没有回声,而后者就向从扬声器里听到的声音 由所处的空间产生的回声。因此,回声算法与 其他方法不同,是将秘密数据作为载体数据的 环境条件,而不是当做随机噪声嵌入到载体数 据中,所以这种方法具有很好的透明性和稳健 性。
相位编码方法
内容： 内容
Phase Coding是最为有效的编码方法之一，它充分 利用了HAS的一种特性：人耳对绝对相位的不敏感性 及对相 对相位的敏感性。 因此将代表秘密数据位的参考相位替换原音频段 的绝对相位，并对其他的因频段进行调整，以保持各 段之间的相对相位不变。 实现方法： 相位编码属于变换域的方法。在相位编码中，音 频载体信号f(t)被分成由N个短序列fi（n）进行DFT变 换，得到幅度Ai（k）和相位i（k）：
Fi(k)=Y ｛fi(n)｝=Ai(k)exp{Φi(k)}
水印嵌入过程改变第一个信号片段的相位如下：
由于两个连续信号片段间的相位变动很容易 被检测出来，因此他们的相位差需要在嵌入水印 的音频信号中保持不变。于是后面信号片段的相 位改变如下：
Φ’1（k）=φ’0（k）+（φ1（k）-φ0（k）） Φ’2（k）=φ’1（k）+（φ2（k）-φ1（k）） … Φ’N（k）=φ’N-1（k）+（φN（k）-ΦN-1（k））
回声隐藏
内容：Echo Hiding是通过引入回声将秘密数据 嵌入到载体数据中，它利用了音频信号在 时域中的后屏蔽作用，即弱信号在强信号 消失之后变得无法听见。 方法： 回声隐藏方法在音频信号f(t)中引入回 声f(t-Δt),构造如下信号隐藏水印： f’(t)=f(t)-af(t-Δt) 水印隐藏通过修改信号和回声间的延迟 Δt来进行。
数字音频信息隐藏技术的概念
数字音频信息隐藏技术，是利用人体听觉器官的 不敏感(感觉冗余)，以及多媒体信号本身存在的冗余 性(数据特性冗余)，将信息通过一定的算法以一种不 被察觉和感知的方式隐藏于音频(包括音乐、话音等) 中。以达到保密通信、数字音频产品版权保护及侵 权行为跟踪等目的。 根据所要达到的目的的不同，嵌入的信息可以 分为保密通信信息和作者的序列号、公司的标志或 其它有意义的文本等用来标识版权所属的信息。
其中，n为音频信号的采样点数，L为音频信号的 总长度，且0≤n<L，单位为dB。 2、误码率（BER） 对嵌入秘密信息的鲁棒性可以用误码率来度量。 BER反映的是提取出来的秘密信息与原来的秘密信息 的差别性。BER定义为：
3 、相关系数（NC） 如果在音频信号中嵌入的秘密信息为图像，则 为定量的评价提取的图像与原始图像的相似性，采 用归一化相关系数为评价标准，其定义为:
语音水印的变幻域隐藏方法
内容： 这类语音嵌入方法首先对原始载体语音信号进行 某种变换运算，如FFT、DCT、DWT等，得到相应的 频域信号后，通过修改其频域信号某些指定的频域 系数来嵌入数据。 问题： 考虑到对低频区域系数的改动可能会影响到载体 信号的感知效果，而高频系数容易被破坏，所以一 般选取频域信号的中频区域上的系数来嵌入秘密信 号，这样既满足不可感知性，又满足对诸如失真压 缩等操作的鲁棒性。
一种适用用音频水印的方法： 选用一个伪随机序列，且为了利用HAS的长期 掩蔽效应，对该序列进行若干级的滤波。对每512 点采样的重叠段，计算出它的掩蔽阈值，并近似的 采用一个10阶的全极点滤波器对PN序列进行滤波。 利用短期掩蔽效应，根据信号相应的时变能量，对 滤波后的PN序列做加权处理，这样在音频信号能量 低的地方可以削弱水印，此外水印还要经过低通滤 波，以保证水印可以抵御音频压缩.
变换域水印嵌入算法 对原始载体语音采样信号 做变换T[]
检测算法 对接收到的携带有水印信 息的信号进行变换T[]
基于事先给定的加密算法， 在变换域上按照预定的检 对秘密水印信号数据进行 测算法判断是否存在侵入 加密，得到加密的秘密水 的水印信号，如有，则提 印信号数据 取嵌入的秘密信息 按照预定的嵌入算法，在 变换域上将秘密信号嵌入 载体语音信号中 进行相应的逆变换T[],得到 携带有水印信息的复合载 体时域信号 按预定的解密算法对提取 出的秘密信息进行解密， 得到原秘密信号。
实际上，水印嵌入过程是修改了所以随后 信号片段的绝对相位，以保证了他们的相对差 不变。 最后，新的相位矩阵φ ’ i(k)和原来的傅立 叶幅度Ai（k）通过IDFT来构造隐藏水印的音频 信号：
f’i(k)=Y
-1{A i(k)exp{φ’i
（k）}}
在检测水印前，必须采用某种同步。假定 知道信号片段起点和序列长L，就可以计算DFT， 并得到相位φ0*（k），从而可以检测出水印.
特点：
Hale Waihona Puke Baidu
本身简单易实现；音频信号里可以编码的数 据量大；信息嵌入和提前算法简单，速度快；对信 道干扰及数据操作的抵抗力很差。
改进方法：
为了提高鲁棒性，可用一段伪随机序列来控制嵌 入秘密二进制位的位置。伪随机信号可以由伪随机 序列发生器来产生。 并且，可将秘密数据位嵌入到载体数据的较高 位，对应于音频信号中的低频分量，但这样带来的 结果是大大降低了数据隐藏的隐秘性，为改善这一 点，可以在嵌入过程中根据音频的能量进行数据嵌 入位选择的自适应以，达到隐藏效果、隐藏容量和 鲁棒性三者之间的最佳平衡。
优缺点： 具有较强的鲁棒性，并且可以获得极好的隐藏 效果。缺点是水印容量较小。
扩展频谱方法
内容： 内容 借鉴扩频通信的思想，可以在编码音频数据流 时把秘密数据分散在尽可能多的频率频谱分量中以 达到隐藏信息数据的目的。 延伸： 延伸 扩频通信方式有很多，常用的有直序扩频编码 方法（DSSS）。DSSS算法中采用对称密钥体制，即 用相同的密钥来编码和解码。该密钥是伪随机噪声， 理想伪随机噪声是白噪声，它在频率范围里有良好 的频率响。
式中，w为原始秘密信息，记为提取后的秘密信息， 它们的大小为M1*M2。 4 、嵌入容量 嵌入容量是指在单位时间内的音频信号内能嵌入 多少秘密信息，是评价一个隐藏算法的重要参数，通 常用bps作为单位。
音频信息隐藏的主要方法
最不重要位（LSB）的方法 最不重要位（ ）
内容： 一种最简单的数据嵌入方法 任何秘密数据都可以看做是一串二进制位流， 音频文件的每一个采样数据也是用二进制表 示 将每一个采样值的最不重要位（最低位）用 代表秘密数据的二进制位替换
数字音频信息隐藏技术的评价标准
随着数字音频信息隐藏技术的发展，往往需 要评价一个隐藏算法的优劣，相应地出现了一系 列音频隐藏的评价标准。最常用的评价标准是主 观测试法，也就是利用人耳的主观评价来判断算 法的质量，即嵌入信息后的音频信号与原始音频 信号相比较，在听觉上应该不会有明显的差别。 最常用的主观测试法主观平均判分法 (MOS)法， 该方法需要招集若干实验者，由他们对音频信号 质量的好坏进行评分，求出平均分数作为对音频 信号质量的评价结果。
经典的音频信息隐藏技术
概括
随着数字媒体（数字音频、数字图像、数 字视频等）和Internet应用的不断普及， 信息安全技术自诞生之初就一直得到广泛 的关注和相当的重视。 作为信息安全的一个重要分支,音频信息隐 藏技术由于应用广泛而逐渐成为信息安全 领域的研究热点之一
音频水印的数学模型
音频水印工作过程
客观测度作为一个可以定量评价数字音频信息隐 藏的标准，在性能评价中占有十分重要的地位。通常 情况下，可以对不同嵌入机制的音频隐藏算法采用不 同的客观度量方法，常用的客观评价方法有: 1、信噪比 、信噪比（SNR） 如果把嵌入的秘密信息看作是加载到原始音频信 号上的噪声，则可以通过计算信噪比来衡量嵌入的秘 密信息对原始音频信号的影响程度。假设原始音频信 号即宿主信号为x(n)，嵌入秘密信息的音频信号即隐 秘信号为xW(n)，则信噪比表示为:
当嵌入“0”时，选择Δt；否则，选择Δt’。 延迟时间Δt或Δt’是以人听不到回声信号为准则 进行选取的。 载体数据和经过回声隐藏的隐秘数据对 于人耳来说,前者就像是从耳机里听见的声音, 没有回声,而后者就向从扬声器里听到的声音 由所处的空间产生的回声。因此,回声算法与 其他方法不同,是将秘密数据作为载体数据的 环境条件,而不是当做随机噪声嵌入到载体数 据中,所以这种方法具有很好的透明性和稳健 性。
相位编码方法
内容： 内容
Phase Coding是最为有效的编码方法之一，它充分 利用了HAS的一种特性：人耳对绝对相位的不敏感性 及对相 对相位的敏感性。 因此将代表秘密数据位的参考相位替换原音频段 的绝对相位，并对其他的因频段进行调整，以保持各 段之间的相对相位不变。 实现方法： 相位编码属于变换域的方法。在相位编码中，音 频载体信号f(t)被分成由N个短序列fi（n）进行DFT变 换，得到幅度Ai（k）和相位i（k）：
Fi(k)=Y ｛fi(n)｝=Ai(k)exp{Φi(k)}
水印嵌入过程改变第一个信号片段的相位如下：
由于两个连续信号片段间的相位变动很容易 被检测出来，因此他们的相位差需要在嵌入水印 的音频信号中保持不变。于是后面信号片段的相 位改变如下：
Φ’1（k）=φ’0（k）+（φ1（k）-φ0（k）） Φ’2（k）=φ’1（k）+（φ2（k）-φ1（k）） … Φ’N（k）=φ’N-1（k）+（φN（k）-ΦN-1（k））
回声隐藏
内容：Echo Hiding是通过引入回声将秘密数据 嵌入到载体数据中，它利用了音频信号在 时域中的后屏蔽作用，即弱信号在强信号 消失之后变得无法听见。 方法： 回声隐藏方法在音频信号f(t)中引入回 声f(t-Δt),构造如下信号隐藏水印： f’(t)=f(t)-af(t-Δt) 水印隐藏通过修改信号和回声间的延迟 Δt来进行。
数字音频信息隐藏技术的概念
数字音频信息隐藏技术，是利用人体听觉器官的 不敏感(感觉冗余)，以及多媒体信号本身存在的冗余 性(数据特性冗余)，将信息通过一定的算法以一种不 被察觉和感知的方式隐藏于音频(包括音乐、话音等) 中。以达到保密通信、数字音频产品版权保护及侵 权行为跟踪等目的。 根据所要达到的目的的不同，嵌入的信息可以 分为保密通信信息和作者的序列号、公司的标志或 其它有意义的文本等用来标识版权所属的信息。
其中，n为音频信号的采样点数，L为音频信号的 总长度，且0≤n<L，单位为dB。 2、误码率（BER） 对嵌入秘密信息的鲁棒性可以用误码率来度量。 BER反映的是提取出来的秘密信息与原来的秘密信息 的差别性。BER定义为：
3 、相关系数（NC） 如果在音频信号中嵌入的秘密信息为图像，则 为定量的评价提取的图像与原始图像的相似性，采 用归一化相关系数为评价标准，其定义为:
语音水印的变幻域隐藏方法
内容： 这类语音嵌入方法首先对原始载体语音信号进行 某种变换运算，如FFT、DCT、DWT等，得到相应的 频域信号后，通过修改其频域信号某些指定的频域 系数来嵌入数据。 问题： 考虑到对低频区域系数的改动可能会影响到载体 信号的感知效果，而高频系数容易被破坏，所以一 般选取频域信号的中频区域上的系数来嵌入秘密信 号，这样既满足不可感知性，又满足对诸如失真压 缩等操作的鲁棒性。
一种适用用音频水印的方法： 选用一个伪随机序列，且为了利用HAS的长期 掩蔽效应，对该序列进行若干级的滤波。对每512 点采样的重叠段，计算出它的掩蔽阈值，并近似的 采用一个10阶的全极点滤波器对PN序列进行滤波。 利用短期掩蔽效应，根据信号相应的时变能量，对 滤波后的PN序列做加权处理，这样在音频信号能量 低的地方可以削弱水印，此外水印还要经过低通滤 波，以保证水印可以抵御音频压缩.
变换域水印嵌入算法 对原始载体语音采样信号 做变换T[]
检测算法 对接收到的携带有水印信 息的信号进行变换T[]
基于事先给定的加密算法， 在变换域上按照预定的检 对秘密水印信号数据进行 测算法判断是否存在侵入 加密，得到加密的秘密水 的水印信号，如有，则提 印信号数据 取嵌入的秘密信息 按照预定的嵌入算法，在 变换域上将秘密信号嵌入 载体语音信号中 进行相应的逆变换T[],得到 携带有水印信息的复合载 体时域信号 按预定的解密算法对提取 出的秘密信息进行解密， 得到原秘密信号。
实际上，水印嵌入过程是修改了所以随后 信号片段的绝对相位，以保证了他们的相对差 不变。 最后，新的相位矩阵φ ’ i(k)和原来的傅立 叶幅度Ai（k）通过IDFT来构造隐藏水印的音频 信号：
f’i(k)=Y
-1{A i(k)exp{φ’i
（k）}}
在检测水印前，必须采用某种同步。假定 知道信号片段起点和序列长L，就可以计算DFT， 并得到相位φ0*（k），从而可以检测出水印.