专利名称：一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法
技术领域：
本发明涉及一种多媒体隐秘通信安全技术，尤其是涉及一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法。
背景技术：
随着多媒体技术与互联网技术的快速发展，多媒体通信已成为人们进行信息交流的重要手段，信息安全与保密也显得越来越重要。数字隐写是目前信息安全领域的重要课题之一，它是以数字多媒体为掩蔽载体，把需要发送的秘密信息嵌入到载体中，以不引起外界注意的方式通过公开信道进行传输。从隐写技术对掩蔽载体的要求来讲，压缩域音频如MPEG-1 Layer III (以下简称MP3)，是极易成为隐写对象的一种掩蔽载体，这主要是因为压缩域音频在互联网中极为常见和流行，在这类载体中进行秘密信息的隐藏，具有很强的迷惑性；另一方面，压缩域音频相对于文本和图像具有更大的文件尺寸，便于隐藏更多的秘密信息。目前已有多种基于MP3的隐写工具，如MP3Stego、MP3Stegz和Stego-Lame等，其中又以英国剑桥大学Petitcolas开发的MP3Stego最为经典而被广泛应用，其主要是根据量化编码后块长度的奇偶性作为隐写的依据，隐写前后MP3压缩域音频的感知质量保持良好。然而，有些学者也提出了针对MP3Stego的隐写检测方法，如Westfeld在IH2002会议中发表的论文“Detecting lowembedding rates”(“低嵌入速率的检测方法”)中指出经过MP3Stego隐写前后MP3压缩域音频的块长度统计分布有所变化；Qiao等在IJCNN2009会议中发表的论文“Steganalysisof MP3Stego”(“针对MP3Stego的隐写分析技术”)中认为相邻帧系数分布之间的连续性也受到MP3Stego隐写操作的影响。由此可见，MP3Stego方法在安全性方面还有待进一步提闻。尽管目前已出现了一些以压缩域音频为掩蔽载体的数字隐写方法，但是在隐写容量、不可检测性等方面仍有提升空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法，其能够与音频压缩编码标准保持兼容，能够有效地保证秘密信息的隐写安全性，且不可检测性和感知透明度高、计算复杂度低。本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，其特征在于具体包括以下步骤:
①在数字隐写端，将待处理的未压缩音频作为当前未压缩音频，并给定待隐写的二进制秘密信息比特流；
②在压缩域音频编码过程中，以音频颗粒为单位对当前未压缩音频进行编码压缩处理，从当前未压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒； ③利用滤波器组对当前音频颗粒进行滤波处理，得到滤波处理后的音频颗粒；并利用心理声学模型对当前音频颗粒进行处理，得到对滤波处理后的音频颗粒进行加窗处理时需采用的窗口的类型，及当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比；
④根据滤波处理后的音频颗粒加窗处理时需采用的窗口的类型，对滤波处理后的音频颗粒进行修正离散余弦变换处理，得到当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数；
⑤从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出待隐写的秘密信息比特位，然后根据待隐写的秘密信息比特位和当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定是否在当前音频颗粒中嵌入待隐写的秘密信息比特位，并确定是否修改当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，得到编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值；
⑥根据当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比和编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，对当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数进行量化与熵编码；
⑦从当前未压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤③继续执行，直至当前未压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频；
⑧数字隐写端发送含秘密信息的压缩音频给数字提取端。所述的步骤⑤的具体过程为:
⑤-1、判断用于表示是否重复嵌入秘密信息比特位的标志位flag的值是否为0，如果是，则从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出一个新的秘密信息比特位作为当前待隐写的秘密信息比特位，否则，取出上一次秘密信息比特位嵌入过程中保存的秘密信息比特位，作为当前待隐写的秘密信息比特位，其中，flag的初始值为O ;
⑤-2、根据当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位，具体过程为:如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}，则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“O”；如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13},则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“ I” ；
⑤-3、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为14且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“ I ”，如果当前音频颗粒对应的索引值为14且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“ 1”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-4 ；
⑤-4、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-5;
⑤_5、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“0”，如果当前音频颗粒对应的索引值为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“0”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-6 ；
⑤-6、判断当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位与当前待隐写的秘密信息比特位是否一致，如果一致，则对当前音频颗粒对应的索引值不进行修改，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-7 ；
⑤-7、如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第一索引值子集{O，1,2,3,8,9,10，14，15}中第一个满足替换条件的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“1”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中第一个满足替换条件的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；在此，替换条件为:替换后的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数不小于替换前的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数。一种基于索引值的压缩域音频数字提取方法，其特征在于具体包括以下步骤:
1)数字提取端接收数字隐写端发送的含秘密信息的压缩音频；
2)在数字提取端，以音频颗粒为单位对含秘密信息的压缩音频进行解码处理，从含秘密信息的压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒；
3)对当前音频颗粒进行解码，然后从解码得到的边信息中提取出当前音频颗粒对应的索引值；
4)根据当前音频颗粒对应的索引值，确定是否需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，在确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取后，确定提取出的秘密信息比特位的具体比特值；
5)从含秘密信息的压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤3)继续执行，直至含秘密信息的压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频中隐写的二进制秘密信息比特流。所述的步骤4)的具体过程为:
4)-1、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则确定不需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤5)，否则，确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤4) -2 ;
4)-2、如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特位，且为比特“O”，然后执行步骤5);如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特位，且为比特“ I”，然后执行步骤5)。与现有技术相比，本发明的优点在于:
I)由于在量化与熵编码环节，音频压缩编码标准的失真调整机制会对量化引入的失真进行控制，以满足人耳感知特性，而本发明的数字隐写方法隐写操作发生在量化与熵编码过程中，因此由隐写而引入的失真也能借助失真调整机制得到有效控制，从而有效地保证了秘密信息的隐写安全性，保证了秘密信息的不可检测性和感知透明度。2)本发明的数字提取方法通过音频颗粒的索引值直接提取出秘密信息比特位，提取过程简单有效，并且由于音频颗粒的索引值可以从音频颗粒的边信息中提取得到，因此无需对音频颗粒进行解码，即无需进行经历反熵编码、反量化、逆MDCT变换和逆滤波等复杂环节，从而有效地提高了提取秘密信息过程的实时性，同时大大降低了计算复杂度。
图1为压缩域音频压缩编码标准的过程示意 图2为本发明数字隐写方法的流程框 图3为本发明数字隐写方法具体的秘密信息隐写过程示意 图4为本发明数字提取方法的流程框 图5为本发明数字提取方法具体的秘密信息提取过程示意图。
具体实施例方式以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。实施例一:
在MP3压缩域音频编码过程中，编码每个音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数(由索引值所指示)具有一定的灵活性，因此可以借助这种灵活性实现秘密信息的隐写。图1为压缩域音频压缩编码标准的过程，未压缩音频的一个音频颗粒数据在经过滤波器组处理之后，进行修正离散余弦变换，在进行量化和熵编码之前会先确定索引值。本实施例在图1所示的压缩域音频压缩编码标准过程的基础上，提出了一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，其流程框图如图2所示，具体包括以下步骤:
①在数字隐写端，将待处理的未压缩音频作为当前未压缩音频，并给定待隐写的二进制秘密信息比特流。在此，给定的待隐写的二进制秘密信息比特流可以是用户任意设定的；在本实施例中，假设给定的待隐写的二进制秘密信息比特流为“01010100”。②由于在压缩域音频编码过程中，是以音频颗粒为单位对当前未压缩音频进行编码压缩处理的，因此在此从当前未压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该音频颗粒定义为当前音频颗粒。③利用滤波器组对当前音频颗粒进行滤波处理，得到滤波处理后的音频颗粒；并利用心理声学模型对当前音频颗粒进行处理，得到对滤波处理后的音频颗粒进行加窗处理时需采用的窗口的类型，及当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比。④根据滤波处理后的音频颗粒加窗处理时需采用的窗口的类型，对滤波处理后的音频颗粒进行修正离散余弦变换处理，得到当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数。⑤从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出待隐写的秘密信息比特位，然后根据待隐写的秘密信息比特位和当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值(索引值用于指示编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子时所需的比特数，索引值的取值范围为O 15)，确定是否在当前音频颗粒中嵌入待隐写的秘密信息比特位，并确定是否修改当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，得到编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值。在此具体实施例中，步骤⑤的具体过程为: ⑤-1、判断用于表示是否重复嵌入秘密信息比特位的标志位flag的值是否为O，如果是，则从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出一个新的秘密信息比特位作为当前待隐写的秘密信息比特位，否则，取出上一次秘密信息比特位嵌入过程中保存的秘密信息比特位，作为当前待隐写的秘密信息比特位，其中，flag的初始值为O。⑤_2、根据当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位，具体过程为:如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1,2, 3,8,9,10，14，15}，则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“O”;如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“ I”。由于在嵌入秘密信息比特位时，会出现如下的特殊情况，即当索引值为14或15且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“I”时，需对索引值进行调整替换，即需要从第二索引值子集中寻找一个索引值来替代原来的索引值，替换条件为:替换后的索引值所指示的编码两组比例因子带的比例因子所需的比特数不小于原先所需的比特数，此时，发现第二索引值子集中没有满足该条件的索引值，也就是说，当索引值为14或15时，按上述规则不能够嵌入秘密信息比特位“I”;此外，当索引值为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”时，按替换规则，第一索引值子集中符合要求的是14和15，由于前一种特殊情况的存在，在数字提取端将无法判断取值为14或15的索引值是否含有秘密信息，这将最终导致索引值为4或11或12或13时也无法嵌入秘密信息比特位“O” ;针对以上问题，本发明提出以下解决方法:当出现索引值为14且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“I”时、索引值为15 (无论当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”或“I”)以及索引值为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”这三种情况时，直接将索引值置为15以及将flag置为1，同时对当前待隐写的秘密信息比特位进行保存，在对下一个音频颗粒进行嵌入操作时，将前一次保存的秘密信息比特位重新嵌入一次，直到满足要求为止，步骤⑤-3至步骤⑤-7给出了秘密信息比特位的具体嵌入过程。⑤_3、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为14且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“1”，如果当前音频颗粒对应的索引值为14且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“ 1”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，修改后的索引值15为编码时当前音频颗粒对应的索引值，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤_4。⑤_4、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，并且不修改索引值，将该索引值15直接作为编码时当前音频颗粒对应的索引值，然后保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤
⑥，否则，执行步骤⑤_5。⑤-5、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“0”，如果当前音频颗粒对应的索引值为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“0”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，修改后的索引值15为编码时当前音频颗粒对应的索引值，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤_6。
⑤-6、判断当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位与当前待隐写的秘密信息比特位是否一致，如果一致，则对当前音频颗粒对应的索引值不进行修改，将该索引值直接作为编码时当前音频颗粒对应的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤_7。⑤_7、如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“0”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15 }中第一个满足替换条件的索引值，将修改后的索引值作为编码时当前音频颗粒对应的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“1”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中第一个满足替换条件的索引值，将修改后的索引值作为编码时当前音频颗粒对应的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；在此，替换条件为:替换后的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数不小于替换前的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数。⑥根据当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比和编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，对当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数进行量化与熵编码。⑦从当前未压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤③继续执行，直至当前未压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频。⑧数字隐写端发送含秘密信息的压缩音频给数字提取端。在此，以“01010100”为待隐写的二进制秘密信息比特流为例，描述具体秘密信息比特位隐写的过程。由于嵌入时会出现前 面所述的三种特殊情况，因此需要不止8个音频颗粒来进行嵌入上述8比特信息。索引值的取值范围为(Γ15，大小与具体未压缩音频颗粒有关，在此假设连续11个未压缩音频颗粒的索引值分别为8、4、5、9、12、14、14、13、15、3、10，且这11个未压缩音频颗粒能嵌入上述8比特秘密信息。下面结合待隐写的二进制秘密信息比特流来详述利用索引值嵌入秘密信息的过程。第一个待隐写的秘密信息比特位为“0”，标志位flag的初始值为0，由嵌入规定可知，索引值的值需在第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}中选取，此时索引值的值为8，满足要求，嵌入完成；flag为0，第二个待隐写的秘密信息比特位为“1”，索引值的值需在第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中选取，此时索引值的值为4，满足要求，嵌入完成；flag为0，第三个待隐写的秘密信息比特位为“0”，索引值的值需在第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}中选取，而此时索引值的值为5，不在第一索引值子集中，因此需要从第一索引值子集中选择一个值来替换原有的索引值的值，索引值的值为8是第一个满足条件的，因此将索引值的值由5替换成8后嵌入操作完成；flag为0，第四个待隐写的秘密信息比特位为“1”，索引值的值需在第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中选取，而此时索引值的值为9，不在第二索引值子集中，因此需要从第二索引值子集中选择一个值来替换原有的索引值的值，索引值的值为11是第一个满足条件的，因此将索引值的值由9替换成11后嵌入操作完成；flag为0，第五个待隐写的秘密信息比特位为“O”，索引值的值需在第一索引值子集{O，1，2，3，8，9，10，14，15}中选取，而此时索引值的值为12，不在第一索引值子集中，且为第一种特殊情况(索引值为4或11或12或13且待隐写的秘密信息比特位为“0”)，因此直接将索引值置为15，保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时将flag置为I ;由于flag为1，第六个待隐写的秘密信息比特位为保存的第五个待隐写的秘密信息比特位“O”，索引值的值需在第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}中选取，而此时索引值的值为14,满足要求,将flag置为O,嵌入完成；flag为O,第七个待隐写的秘密信息比特位为“1”，索引值的值需在第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中选取，而此时索引值的值为14，不在第二索引值子集中，且为第二种特殊情况(索引值为14且待隐写的秘密信息比特位为“1”)，因此直接将索引值置为15，保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时将flag置为I ;由于flag为1，第八个待隐写的秘密信息比特位为保存的第七个待隐写的秘密信息比特位“ 1”，索引值的值需在第二索引值子集{ 4，5，6，7，11，12，13 }中选取，此时索引值的值为13，满足要求，将flag置为0，嵌入完成；flag为0，第九个待隐写的秘密信息比特位为“0”，索引值的值需在第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}中选取，此时索引值的值为15，为第三种特殊情况(索引值为15)，保存当前待隐写的秘密信息比特位，将flag置为I ;flag为1，第十个待隐写的秘密信息比特位为保存的第九个待隐写的秘密信息比特位“O”，索引值的值需在第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}中选取，此时索引值的值为3，满足要求，flag置为0，嵌入完成；flag为0，第十一个待隐写的秘密信息比特位为“0”，索引值的值需在第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}中选取，此时索引值的值为10，满足要求，嵌入完成。至此，用11个未压缩域音频颗粒将待嵌入的8比特信息全部嵌完，同时11个未压缩域音频颗粒的索引值由8、4、5、9、12、14、14、13、15、3、10修改为8、4、8、11、15、14、15、13、15、3、10，以上所述的嵌入过程如图3所示。实施例二:
本实施例针对实施例一提出的一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，同时提出了一种基于索引值的压缩域音频数字提取方法，其流程框图如图4所示，其具体包括以下步骤:
I)数字提取端接收数字隐写端发送的含秘密信息的压缩音频。2)在数字提取端，以音频颗粒为单位对含秘密信息的压缩音频进行解码处理，从含秘密信息的压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒。3)对当前音频颗粒进行解码，然后从解码得到的边信息中提取出当前音频颗粒对应的索引值。4)根据当前音频颗粒对应的索引值，确定是否需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，在确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取后，确定提取出的秘密信息比特位的具体比特值。在此具体实施例中，步骤4)的具体过程为:
4)-1、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则确定不需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤5)，否则，确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤4) -2。4) -2、如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特位，且为比特“O”，然后执行步骤5);如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特位，且为比特“ I”，然后执行步骤5)。5)从含秘密信息的压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤3)继续执行，直至含秘密信息的压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频中隐写的二进制秘密信息比特流。在此，对实施例一中含秘密信息的压缩音频进行解码，从边信息里获得索引值序列，为“8、4、8、11、15、14、15、13、15、3、10”。根据步骤4)，可以很容易地提取出嵌入的秘密信息比特位，即索引值为8时，属于第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}，提取出秘密信息比特位“O”;索引值为4时，属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，提取出秘密信息比特位“I”；索引值为8时，属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}，提取出秘密信息比特位“O”；索引值为11时，属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，提取出秘密信息比特位“I”；索引值为15进，跳过不提取信息；索引值为14时，属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15 }，提取出秘密信息比特位“O” ；索引值为15时，跳过不提取信息；索引值为13时，属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，提取出秘密信息比特位“I”；索引值为15时,跳过不提取信息；索引值为3时，属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}，提取出秘密信息比特位“O”；索引值为10时，属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}，提取出秘密信息比特位“O” ；至此，二进制秘密信息比特流正确提取完毕，为“01010100”，具体过程如图5所示。
权利要求
1.一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，其特征在于具体包括以下步骤: ①在数字隐写端，将待处理的未压缩音频作为当前未压缩音频，并给定待隐写的二进制秘密信息比特流； ②在压缩域音频编码过程中，以音频颗粒为单位对当前未压缩音频进行编码压缩处理，从当前未压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒； ③利用滤波器组对当前音频颗粒进行滤波处理，得到滤波处理后的音频颗粒；并利用心理声学模型对当前音频颗粒进行处理，得到对滤波处理后的音频颗粒进行加窗处理时需采用的窗口的类型，及当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比； ④根据滤波处理后的音频颗粒加窗处理时需采用的窗口的类型，对滤波处理后的音频颗粒进行修正离散余弦变换处理，得到当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数； ⑤从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出待隐写的秘密信息比特位，然后根据待隐写的秘密信息比特位和当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定是否在当前音频颗粒中嵌入待隐写的秘密信息比特位，并确定是否修改当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，得到编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值； ⑥根据当前音频颗粒对应的每个比例因子带的信掩比和编码时当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，对当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数进行量化与熵编码； ⑦从当前未压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤③继续执行，直至当前未压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频； ⑧数字隐写端发送含秘密信息的压缩音频给数字提取端。
2.根据权利要求1所述的一种基于索引值的压缩域音频数字隐写方法，其特征在于所述的步骤⑤的具体过程为: ⑤-1、判断用于表示是否重复嵌入秘密信息比特位的标志位flag的值是否为O，如果是，则从待隐写的二进制秘密信息比特流中取出一个新的秘密信息比特位作为当前待隐写的秘密信息比特位，否则，取出上一次秘密信息比特位嵌入过程中保存的秘密信息比特位，作为当前待隐写的秘密信息比特位，其中，flag的初始值为0 ; ⑤-2、根据当前音频颗粒对应的修正离散余弦变换系数的比例因子的索引值，确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位，具体过程为:如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1,2,3,8,9,10，14，15}，则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“0”；如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13},则确定当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位为比特“ 1” ； ⑤-3、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为14且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“1”，如果当前音频颗粒对应的索引值为14且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“ 1”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-4 ；⑤-4、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-5; ⑤_5、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位是否为比特“O”，如果当前音频颗粒对应的索引值为4或11或12或13且当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”，则在当前音频颗粒中不嵌入秘密信息比特位，然后将当前音频颗粒对应的索引值修改为15，并保存当前待隐写的秘密信息比特位，同时置flag的值为1，再执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-6 ； ⑤-6、判断当前音频颗粒中需嵌入的秘密信息比特位与当前待隐写的秘密信息比特位是否一致，如果一致，则对当前音频颗粒对应的索引值不进行修改，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥，否则，执行步骤⑤-7; ⑤-7、如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“O”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第一索引值子集{O，1,2,3,8,9,10，14，15}中第一个满足替换条件的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；如果当前待隐写的秘密信息比特位为比特“ 1”，则将当前音频颗粒对应的索引值修改为第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}中第一个满足替换条件的索引值，实现在当前音频颗粒中嵌入当前待隐写的秘密信息比特位，然后执行步骤⑥；在此，替换条件为:替换后的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数不小于替换前的索引值所指示的编码当前音频颗粒的两组比例因子带的比例因子所需的比特数。
3.一种基于索引值的压缩域音频数字提取方法，其特征在于具体包括以下步骤: 1)数字提取端接收数字隐写端发送的含秘密信息的压缩音频； 2)在数字提取端，以音频颗粒为单位对含秘密信息的压缩音频进行解码处理，从含秘密信息的压缩音频中取出一个待处理的音频颗粒，并将该待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒；` 3)对当前音频颗粒进行解码，然后从解码得到的边信息中提取出当前音频颗粒对应的索引值； 4)根据当前音频颗粒对应的索引值，确定是否需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，在确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取后，确定提取出的秘密信息比特位的具体比特值； 5)从含秘密信息的压缩音频中取出下一个待处理的音频颗粒作为当前音频颗粒，然后返回步骤3)继续执行，直至含秘密信息的压缩音频中的所有音频颗粒处理完毕，得到含秘密信息的压缩音频中隐写的二进制秘密信息比特流。
4.根据权利要求3所述的一种基于索引值的压缩域音频数字提取方法，其特征在于所述的步骤4)的具体过程为: 4)-1、判断当前音频颗粒对应的索引值是否为15，如果是，则确定不需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤5)，否则，确定需要对当前音频颗粒进行秘密信息比特位的提取，然后执行步骤4) -2 ; 4)-2、如果当前音频颗粒对应的索引值属于第一索引值子集{0，1，2，3，8，9，10，14，15}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特位，且为比特“O”，然后执行步骤5);如果当前音频颗粒对应的索引值属于第二索引值子集{4，5，6，7，11，12，13}，则从当前音频颗粒中提取出秘密信息比特 位，且为比特“ I”，然后执行步骤5)。
全文摘要
本发明公开了一种基于索引值的压缩域音频数字隐写及提取方法，该数字隐写方法隐写操作发生在量化与熵编码过程中，因此由隐写而引入的失真也能借助失真调整机制得到有效控制，从而有效地保证了秘密信息的隐写安全性，保证了秘密信息的不可检测性和感知透明度；该数字提取方法通过音频颗粒的索引值直接提取出秘密信息比特位，提取过程简单有效，并且由于音频颗粒的索引值可以从音频颗粒的边信息中提取得到，因此无需对音频颗粒进行解码，即无需进行经历反熵编码、反量化、逆MDCT变换和逆滤波等复杂环节，从而有效地提高了提取秘密信息过程的实时性，同时大大降低了计算复杂度。
文档编号G10L19/018GK103106901SQ201310025148
公开日2013年5月15日 申请日期2013年1月22日 优先权日2013年1月22日
发明者王让定, 严迪群, 余先敏, 金超, 郭洪刚 申请人:宁波大学