音频信息隐藏算法的研究-文献综述

第1页开题报告（文献综述）1.引言在当今数字化和信息化日臻成熟的情况下，信息安全关系到上至国家安全下至商业机密乃至个人隐私等诸多方面，所以自诞生之初就一直得到广泛的关注和重视。作为信息安全的一个重要分支，信息隐藏技术由于具有良好的隐蔽性和易操作性而逐渐成为信息安全领域的研究热点之一。信息隐藏研究是把特定信息隐藏在数字化宿主信息(载体)中的方法。宿主信息包括文本文件、位图文件、视频文件及音频文件，但是从目前来看，关于如何在文本文件、位图文件和视频文件中隐藏信息的研究相对成熟，而对于音频信息的隐藏技术的研究相对较少。由于人的听觉要比视觉敏感得多，如何借助音频信息实现信息隐藏的研究是国内外近年来探讨的主题。2.音频信息隐藏技术到目前为止，公认比较成熟的时域音频信息隐藏技术有4种：最不重要位法、回声隐藏法、相位编码法、扩频法。2.1.最不重要位法（LSB）最不重要位嵌入方法是将秘密数据嵌入到载体数据中的一种最简单的方法。任何的秘密数据都可以转换成一串二进制码流，而音频文件的每个采样数据也是用二进制数来表示的。这样，我们可以通过将音频信号部分采样值的最不重要比特位(多数情况下为最低位)用代表秘密数据的二进制位替换，从而达到将秘密信息隐藏到音频数据中去的目的。最不重要位方法本身简单易实现，信息嵌入和提取算法简单，速度快。但这种方法的最大缺陷是对信号处理的鲁棒性很差，信道干扰、数据压缩、滤波、重采样等操作都可能破坏秘密信息。在实用中，最不重要位方法只能用在封闭的数字到数字的环境下。2.2.回声隐藏法回声隐藏(EchoHiding)是利用引入回声来将秘密数据嵌入到载体中。它利用人类听觉系统的特性：音频信号在时域的后屏蔽作用，即弱音在强音消失后（一般O200ms)变得无法听见。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第2页听见的声音，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。2.3.相位编码法人耳听觉系统对声音的相位不太敏感这一事实在大量数字声音压缩系统中被广泛应用。相位编码方法通过载体音频信号相位谱的一个相位转换来代表一个数据。用代表秘密数据的参考相位替换原始音频段的绝对相位，并对其它的音频段进行调整，以保持各段之间的相对相位不变。2.4.扩展频谱方法该方法借鉴扩频通信的原理，将秘密信息作为噪声隐藏到载体音频信号的频谱中。借鉴扩频通信的思想，可以将隐藏的数据流扩展到尽可能宽的频谱或者是指定的频段上，以达到隐藏数据的目的。目前采用的扩频技术是直接序列扩频，经过纠错编码处理的伪随机二进制脉冲序列对音频信号进行调制，使得水印数据扩展到整个音频频段或者指定的频段上。3.音频信息隐藏技术的应用当前音频信息隐藏主要有两个应用：隐秘通信和版权保护，其中隐秘通信注重信息的隐秘性和嵌入量，而版权保护更强调鲁棒性。4.本课题实现音频信息隐藏所采用方法4.1.基于小波变换域的音频水印方案由于小波水印具有良好的稳健性，在经历了各种处理后，如加噪、滤波、重采样、压缩等，仍能保持很高的可靠性，因此对于语音信号这样的时变信号，小波变换是很适合的工具。4.2.水印图像的预处理要选取的是一副有意义的M1*M2的二值图像作为水印，可以表示为P=P(i,j),0iM1,0jM2，P(i,j)(0,1)。由于音频信号是一维的，要将图像水印嵌入就必须将水印图像降为一维，即S=S(k)=P(i,j),0iM1,0jM2,K=i*M1+j,0kM1*M2-1。第3页4.3.水印图像的嵌入首先对音频信号进行小波域变换，本文对音频信号进行三层小波变换，分别得到高频系数和低频系数，然后提取高频系数和低频系数。在这里可以利用小波变换的函数，wavedec(),appdeof(),detcoef()来进行变换和提取系数。4.4.水印图像的提取水印的提取过程基本上是水印嵌入过程的逆过程。对嵌入水印的音频信息进行小波变换，提取低频段系数进行与嵌入过程相逆的变换，即可提取出嵌入的信息，再进行升维变换，就可以得到水印信息。4.5.算法的性能分析主要对算法进行了不可感知性分析，抗攻击性（安全性）分析，嵌入水印容量的分析。通过分析可以发现此算法是可行的。5.总结信息隐藏技术是近年来国际学术界的一个研究热点，而数字音频信息隐藏技术是这个热点的一个重点。当前音频信息隐藏主要有两个应用：隐秘通信和版权保护，其中隐秘通信注重信息的隐秘性和嵌入量，而版权保护更强调鲁棒性。音频信号与图象和视频相比起来，在每个时间间隔内采样的点数要少得多，所以音频信号中可嵌入的信息量就少得多。目前的语音信息隐藏系统中，尚没有一种能够在各种攻击下都表现出良好的健壮性，因此仍需要对现有的隐藏算法的鲁棒性、安全性等特性进行研究，结合数字信号处理技术以及音频信息的具体特点，提出更好的语音中信息隐藏的切入点以及相关算法，并进一步提高信息隐藏的容量，使其在更加广阔的范围内得到充分应用。第4页参考文献1.汪小帆信息隐藏技术方法和应用M北京：机械工业出版社，2001.2.姚敏.数字图像处理北京：机械工业出版社，2006，138189.3.凡超，王忠，肖留威，等改进的DCT域音频水印算法J计算机工程与设计，2011,4.4.陈琦，王炳锡一种基于DCT变换的语音数字水印算法研究，信号处理200l，17(3)：238-2415.刘禾.数字图像处理及应用北京：中国电力出版社，2005，173226.6.刘振华，尹萍编著信息隐藏技术及其应用M科学出版社，2002.7.赵朝阳，刘振华，王挺数字音频信号的回声数据隐藏技术，计算机应用研究，2000，17(7)：42-448.戴跃伟，茅耀斌，王执铃，杨烊音频信息隐藏技术及其发展方向，信息与控制，2001，30(5)：385-391