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一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输方法与系统

阅读:779发布:2021-06-07

专利汇可以提供一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输方法与系统专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,包括:选择第6类比特作为宿主可 修改 向量;将加权矩阵与宿主可修改变量做异或操作,得到新向量;将待嵌入的机密数据与新向量做异或操作,得到一个表示误差的误差向量;根据误差向量的值,对宿主可修改向量进行修改,得到嵌入机密数据后的宿主数据向量。本发明将嵌入机密数据后的宿主数据向量与加权矩阵做异或操作,得到所求的机密数据。本发明的优点:对RPE-LTP宿主语音修改最小,语音 质量 很好,隐蔽性高;不增加语音的码率,不需修改现有的网络设备,只需在发送端和接收端对信源语音加以处理,适用于网络中的机密数据通信; 算法 复杂度较低,具有较高的嵌入效率,可实时实现。,下面是一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输方法与系统专利的具体信息内容。

1、一种基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,包括:
步骤1)、对每一个RPE-LTP语音编码信号,选择第6类比特中的 全部比特或部分比特作为宿主可修改向量;
步骤2)、将一个加权矩阵与所述宿主可修改变量做异或操作,得到一 个新向量;
步骤3)、将待嵌入的机密数据与步骤2)中所得到的所述新向量做异 或操作,得到一个表示误差的误差向量;
步骤4)、根据所述误差向量的值,对所述宿主可修改向量进行修改, 得到嵌入机密数据后的宿主数据向量。
2、根据权利要求1所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,在所述的步骤1)中,从所述的第6类比特中随机选择30个比特, 所选择的30个比特分为两组,每组15个比特,每一组比特作为一个所述 的宿主可修改向量。
3、根据权利要求1所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,所述加权矩阵为一个大小是m×n的加权矩阵,其中,n表示所述 宿主可修改变量的大小,m表示所述待嵌入的机密数据的大小;所述加权 矩阵的n个列向量所对应的十进制数中,大小为1,2,3......2m-1的每一 个整数数值至少出现一次。
4、根据权利要求3所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,在所述的步骤4)中,
当所述误差向量的值为0时,所述嵌入机密数据后的宿主数据向量与 所述宿主可修改向量相同;
当所述误差向量的值不为0时,在所述加权矩阵中,查找列向量的十 进制数值与所述误差向量的值相同的任意一列,取该列的列数,然后在所 述的宿主可修改向量中为与所述列数相同的位的值取反,从而得到所述嵌 入机密数据后的宿主数据向量。
5、根据权利要求1所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,所述待嵌入的机密数据为经过加密算法加密和纠错编码后的数 据。
6、根据权利要求5所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,所述的加密算法包括异或运算、DES算法、AES算法、RSA算 法。
7、根据权利要求5所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法,其特 征在于,所述的纠错编码采用奇偶校验码或汉明码。
8、一种与权利要求1所述的基于RPE-LTP语音的数据嵌入方法相适 应的数据提取方法,包括:将嵌入机密数据后的宿主数据向量与一个加权 矩阵做异或操作,根据所述异或操作得到所求的机密数据。
9、根据权利要求8所述的基于RPE-LTP语音的数据提取方法,其特 征在于,所述的加权矩阵为一个大小是m×n的加权矩阵,其中,n表示所 述宿主可修改变量的大小,m表示所述待嵌入的机密数据的大小;所述加 权矩阵的n个列向量所对应的十进制数中,大小为1,2,3......2m-1的每 一个整数数值至少出现一次。
10、一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输方法,包括:
步骤1)、对每一个RPE-LTP语音编码信号帧,选择第6类比特中的 全部比特或部分比特作为宿主可修改向量;
步骤2)、将一个加权矩阵与所述宿主可修改变量做异或操作,得到一 个新向量;
步骤3)、将待嵌入的机密数据与步骤2)中所得到的所述新向量做异 或操作,得到一个表示误差的误差向量;
步骤4)、根据所述误差向量的值,对所述宿主可修改向量进行修改, 得到嵌入所述机密数据后的宿主数据向量,并发送所述的宿主数据向量;
步骤5)、接收到嵌有机密数据的宿主数据向量后,将嵌入机密数据后 的宿主数据向量与所述加权矩阵做异或操作,根据所述异或操作得到所求 的机密数据。
11、一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输系统,包括用于发送端的 数据嵌入装置和用于接收端的数据提取装置;其中,所述的数据嵌入装置 包括:
宿主可修改向量选择模,用于从RPE-LTP语音编码信号帧的第6 类比特中选择宿主可修改向量;
新向量生成模块,用于将加权矩阵与宿主可修改向量做异或操作,以 得到一个新向量;
误差向量生成模块,将待嵌入的机密数据与所得到的新向量做异或操 作,得到一个表示误差的误差向量;
宿主修改模块,用于根据所述误差向量的值,对宿主可修改向量进行 修改。本模块所得到的结果就是数据嵌入装置所要得到的最终结果;
所述的数据提取装置得到嵌入机密数据的宿主数据向量后,将该向量 与所述数据嵌入装置中所采用的加权矩阵相同的矩阵做异或操作。
12、根据权利要求11所述的基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输系统, 其特征在于,还包括机密数据预处理模块,该模块实现对待嵌入的机密数 据进行加密、纠错编码处理。
13、根据权利要求12所述的基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输系统, 其特征在于,所述的数据提取装置还对异或操作所得到的数据进行纠错和 解密处理。

说明书全文

技术领域

发明涉及信息隐藏技术,特别涉及一种基于RPE-LTP语音的数据隐 秘传输方法及系统。

背景技术

基于信息隐藏的隐秘传输方法是指将机密的多媒体信息隐藏在另一 公开的多媒体信息中,通过公用信道从一发送端隐秘地传送到另一接收 端。隐秘传输技术因其嵌入信息的隐蔽性,使得它与传统的加密技术相比 又增加了一层新的保护。在隐秘传输过程中,机密信息常隐藏在普通多媒 体信息中不易被感知的部位,这使得攻击者难以检测所监视的信息中是否 含有机密信息。同时,公共信道海量的信息量,也使得攻击者难以从海量 的信息中侦测机密信息。因此,基于信息隐藏的隐秘传输方法可作为提高 军用通信信道生存性和隐蔽性的重要途径。
GSM网络是目前最常用的无线网络之一,语音通信也是最常用的通 信方式之一,研究基于GSM网络语音的数据隐藏方法具有重要的应用价 值,不仅可应用于隐秘传输领域,还可应用于压缩域语音印领域。在 GSM网络中,所采用的语音编码方式为RPE-LTP(规则脉冲激励-长时预 测编码)语音编码方式。在基于RPE-LTP语音编码的数据的隐秘传输过程 中,要实现嵌入数据后RPE-LTP宿主语音的不可感知性,应使得数据隐藏 方法对宿主语音的修改尽可能少,即数据隐藏方法应具有高嵌入效率。
在高嵌入效率的数据嵌入领域中,2002年,TsengYu-Chee等人提出 了一种在大小为m×n比特的图象子中通过最多只修改2比特宿主数据 便可嵌入大小的比特数据(表示向下取整)的嵌入方法。该方 法是目前嵌入效率较高的一种方法。但该方法还存在着以下缺陷:首先, 该方法的嵌入效率还存在进一步提高的余地。从数学上可以证明,在大小 为m×n比特的图象子块中通过最多只修改1比特宿主数据便可嵌入 大小的比特数据。其次,该方法不能直接应用于RPE-LTP语音 中,只有将RPE-LTP语音进行预处理,即提取出可修改宿主数据后,才能 将该方法应用到RPE-LTP中。

发明内容

本发明的一个目的是克服现有的数据隐藏方法在数据嵌入时的时间 复杂度高,难以实时处理的缺陷,从而提供一种时间复杂度低,实时性高 的数据嵌入方法。
本发明的又一个目的是克服现有的数据隐藏方法在数据嵌入时嵌入 效率不高的缺陷,从而提供一种具有高嵌入效率的数据嵌入方法。
本发明的再一个目的是克服现有的数据隐藏方法不能直接应用于 RPE-LTP语音的缺陷,从而提供一种将机密数据隐藏在RPE-LTP语音中 以实现数据隐秘传送的数据隐藏方法。
为了实现上述目的,本发明提供了一种基于RPE-LTP语音的数据嵌入 方法,包括:
步骤1)、对每一个RPE-LTP语音编码信号,选择第6类比特中的 全部比特或部分比特作为宿主可修改向量;
步骤2)、将一个加权矩阵与所述宿主可修改变量做异或操作,得到一 个新向量;
步骤3)、将待嵌入的机密数据与步骤2)中所得到的所述新向量做异 或操作,得到一个表示误差的误差向量;
步骤4)、根据所述误差向量的值,对所述宿主可修改向量进行修改, 得到嵌入机密数据后的宿主数据向量。
上述技术方案中,在所述的步骤1)中,从所述的第6类比特中随机 选择30个比特,所选择的30个比特分为两组,每组15个比特,每一组 比特作为一个所述的宿主可修改向量。
上述技术方案中,所述加权矩阵为一个大小是m×n的加权矩阵,其 中,n表示所述宿主可修改变量的大小,m表示所述待嵌入的机密数据的 大小;所述加权矩阵的n个列向量所对应的十进制数中,大小为1,2,3...... 2m-1的每一个整数数值至少出现一次。
上述技术方案中,在所述的步骤4)中,
当所述误差向量的值为0时,所述嵌入机密数据后的宿主数据向量与 所述宿主可修改向量相同;
当所述误差向量的值不为0时,在所述加权矩阵中,查找列向量的十 进制数值与所述误差向量的值相同的任意一列,取该列的列数,然后在所 述的宿主可修改向量中为与所述列数相同的位的值取反,从而得到所述嵌 入机密数据后的宿主数据向量。
上述技术方案中,所述待嵌入的机密数据为经过加密算法加密并纠错 编码后的数据。
所述的加密算法包括异或运算、DES算法、AES算法、RSA算法。
所述的纠错编码采用奇偶校验码或汉明码。
本发明还提供了一种基于RPE-LTP语音的数据提取方法,包括:将嵌 入机密数据后的宿主数据向量与一个加权矩阵做异或操作,根据所述异或 操作得到所求的机密数据。
上述技术方案中,所述的加权矩阵为一个大小是m×n的加权矩阵, 其中,n表示所述宿主可修改变量的大小,m表示所述待嵌入的机密数据 的大小;所述加权矩阵的n个列向量所对应的十进制数中,大小为1,2, 3......2m-1的每一个整数数值至少出现一次。
本发明又提供了一种基于RPE-LTP语音的数据隐藏方法,包括:
步骤1)、对每一个RPE-LTP语音编码信号帧,选择第6类比特中的 全部比特或部分比特作为宿主可修改向量;
步骤2)、将一个加权矩阵与所述宿主可修改变量做异或操作,得到一 个新向量;
步骤3)、将待嵌入的机密数据与步骤2)中所得到的所述新向量做异 或操作,得到一个表示误差的误差向量;
步骤4)、根据所述误差向量的值,对所述宿主可修改向量进行修改, 得到嵌入所述机密数据后的宿主数据向量,并发送所述的宿主数据向量;
步骤5)、接收到嵌有机密数据的宿主数据向量后,将嵌入机密数据后 的宿主数据向量与所述加权矩阵做异或操作,根据所述异或操作得到所求 的机密数据。
本发明还提供了一种基于RPE-LTP语音的数据隐秘传输系统,包括用 于发送端的数据嵌入装置和用于接收端的数据提取装置;其中,所述的数 据嵌入装置包括:
宿主可修改向量选择模块,用于从RPE-LTP语音编码信号帧的第6 类比特中选择宿主可修改向量;
新向量生成模块,用于将加权矩阵与宿主可修改向量做异或操作,以 得到一个新向量;
误差向量生成模块,将待嵌入的机密数据与所得到的新向量做异或操 作,得到一个表示误差的误差向量;
宿主修改模块,用于根据所述误差向量的值,对宿主可修改向量进行 修改。本模块所得到的结果就是数据嵌入装置所要得到的最终结果;
所述的数据提取装置得到嵌入机密数据的宿主数据向量后,将该向量 与所述数据嵌入装置中所采用的加权矩阵相同的矩阵做异或操作。
上述技术方案中,还包括机密数据预处理模块,该模块实现对待嵌入 的机密数据进行加密、纠错编码处理。
上述技术方案中,所述的数据提取装置还对异或操作所得到的数据进 行纠错和解密处理。
本发明的优点在于:
1、本发明的方法对RPE-LTP宿主语音修改最小,语音质量很好,隐 蔽性高,嵌入效率高,适用于网络中的机密数据通信。
2、本发明的方法不增加原始语音的码率,且对现有的网络设备不需 要做任何修改,只需在发送端和接收端对信源语音加以处理即可,算法复 杂度较低,可实时实现。
附图说明
以下,结合附图来详细说明本发明的实施例,其中:
图1为本发明的数据隐藏方法中实现数据嵌入的流程图
图2为本发明的数据隐藏系统的结构图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
本发明的语音数据隐藏方法包括语音数据的嵌入和语音数据的提取。 在实现语音数据的嵌入时,首先从RPE-LTP的语音编码信号帧中选择失真 影响小的某一类比特作为可修改比特,然后通过对可修改比特的修改,将 要嵌入的机密数据嵌入到RPE-LTP信源编码语音中,最后采用现有的无线 或有线网络进行隐秘传输。语音数据的提取则要从RPE-LTP信源编码语音 中提取机密数据。基于语音数据隐藏的上述实现过程,本发明的方法主要 涉及两个方面,一是如何选择可修改比特,二是如何实现数据的嵌入操作。
在从RPE-LTP的语音编码信号帧中选择可修改比特前,首先对 RPE-LTP的语音编码进行说明。RPE-LTP的语音编码过程包括预处理、LPC 分析、短时分析滤波、长时预测和规则脉冲激励编码等五个步骤。参考图 1中所表示的RPE-LTP语音编码器的基本结构,对上述步骤的具体操作过 程做简要说明。
a、预处理:预处理过程用于去除直流分量,并通过一阶FIR滤波器 进行高频预加重;
b、LPC分析:在LPC分析过程中,首先对数据流进行分帧操作,然 后对每一个帧进行自相关操作,接着通过Schur迭代算法计算出每一帧的 8个对数面积比,并将对数面积比转换成对数面积比参数LAR,最后将对 数面积比做量化编码;
c、短时分析滤波:为了使处理后的合成语音各帧之间衔接较好,在 使用LAR参数之前的短时分析滤波过程中,对LAR参数进行了插值平滑; 短时分析滤波过程中采用格形滤波器,产生短时残差信号;
d、长时预测:在长时预测过程中,对短时残差信号进行处理,进一步 去除冗余度,每一帧被分成4个子帧,每个子帧包含40个短时残差信号样 点,40个长时残差信号可以通过从短时残差信号减去40个短时残差信号的 估值得到;
e、规则脉冲激励编码:对所得到的40个长时残差信号按3∶1的比例 进行抽取,得到13个非零样值,然后按照最小均方差准则,选择能量最 大的序列作为最佳的子序列。40个长时残差信号用能量最大的子序列所代 替,子序列的选择由RPE的坐标位置确定。
经过上述的语音编码过程所得到的每个RPE-LTP语音编码帧共有260 比特,在每个帧中,共包含有8个对数面积比和4个子帧,8个对数面积 比分别用LAR1、LAR2......LAR8表示。对数面积比的参数结构如下表所示:

表1
4个子帧的参数结构分别用下表2-表5表示:
子帧1(Sub-frame no.1)

表2
子帧2(Sub-frame no.2)

表3
子帧3(Sub-frame no.3)

表4
子帧4(Sub-frame no.4)

表5
在RPE-LTP的语音编码信号帧中选择可修改比特时,应当选择语音信 息中对人的听觉效果影响最小的比特。欧洲电讯管理局对RPE-LTP语音编 码帧中的各个比特,按照修改各比特对人的听觉效果影响程度进行了分 类。根据分类测试的结果,260个比特可分为6个类,其中第1类比特对 人的听觉效果影响最大,包含LAR1的最高位和4个子帧中每子帧块幅度 的最高位;而第6类比特影响效果最小,引起的失真可忽略不计。该类比 特中包含了各对数面积比的最低位,以及4个子帧中块幅度的最低位和 RPE脉冲的最低位。第6类比特具体所包含的内容如表6所示:
  重要等级 参数 参数编号 比特编号             6           LAR1         LAR2,3,6   LAR7         LAR8         LAR8,3      LAR4         LAR4,5      Block amplitude RPE pulses     RPE pulses     RPE pulses     RPE pulses     LAR2,6      1              2,3,6        7              8              8,3           4              4,5           12,29,46,63 13..25         30..42         47..59         64..76         2,6           b1                    b8,b14,b28          b31                   b35                   b34,b13              b19                   b18,b23              b48,b104,b160,b216 b54,b57..b90         b110,b113,..,b146  b166,b169,..,b202  b222,b225,..,b258  b7,b27              
表6
鉴于第6类比特所具有的上述特征,本发明的语音数据嵌入方法选择 RPE-LTP语音编码信号帧中的第6类比特作为可修改比特。从上表可知, 第6类比特中共有69个比特,在对数据做嵌入操作时,可从第6类比特 的69个比特中选择若干个比特进行修改,以实现数据的嵌入。在本实施 例中,从第6类比特中随机选择两组,每组具有15个比特,共选择30比 特。在后续的数据嵌入操作时,可对两组比特分别进行数据嵌入操作。虽 然在本实施例中,规定了可修改比特的数量和组数,但本领域的普通技术 人员应当明白,在实现数据隐藏时还可以从第6类比特中选择其它数量与 组数的比特以实现数据的嵌入。
选择可修改比特后,对可修改比特进行修改,以完成数据的嵌入。数 据嵌入操作的基本思想是:将所选择的可修改比特作为宿主可修改向量a, 然后选择一个加权矩阵H,将这一矩阵与宿主可修改向量做异或操作,得 到一个新的向量S,接着将待嵌入的机密数据c与前述的新向量S做异或操 作,得到一个表示误差的向量d;根据误差向量d的取值情况,决定如何对 宿主可修改向量a进行修改以得到嵌入机密数据后的宿主数据向量r。
在对本发明的数据嵌入方法的具体实现步骤进行说明前,首先对数据 嵌入方法中所涉及的各个字母的含义进行说明:
假设宿主可修改向量的大小为n比特,它的数学表达式为 a=(a1,a2,a3,...,an),待隐藏的机密数据的大小为m(n≥2m-1)比特,它的向 量表示为c=(c1,c2,c3,...,cm),嵌入机密信息后的宿主数据向量的表达式为 r=(r1,r2,r3,...,rn),其中的待隐藏的机密数据可以是普通的数据,也可以是经过 加密后的加密数据,通常采用加密数据,且经过纠错编码处理。在对数据进 行加密时,可采用现有技术中常见的加密算法,如异或运算、DES算法、 AES算法、RSA算法等。在对数据进行纠错编码时,可采用奇偶校验码、 汉明码。
本发明的数据嵌入方法要具有高嵌入效率,则所选用的矩阵H应为一 个加权矩阵,它的数学表达式为H=(h1,h2,h3,...,hn)m×n,其中的列向量 hj=(h1j,h2j,h3j,...,hmj)T满足下式:
(h1jh2jh3j...hmj)(10)=b1≤b≤2m-1(1)
在上述公式中,hij∈{0,1},其中的(h1jh2jh3j...hmj)(10)表示由h1jh2jh3j...hmj组 成列向量的二进制数对应的十进制数值,即:
( h 1 j h 2 j h 3 j . . . h mj ) ( 10 ) = Σ i = 1 m h mj 2 m - i = h 1 j 2 m - 1 + h 2 j 2 m - 2 + · · · + h mj - - - ( 2 )
上述的(h1jh2jh3j...hmj)(10)也可简记为(hj)(10)。
加权矩阵H具有以下特征:矩阵的n个向量所对应的十进制数中,大小 为1,2,3......2m-1的每一个整数数值至少出现一次。
下面对数据嵌入的具体实现进行详细说明。
步骤1、将加权矩阵H与宿主可修改向量a做异或运算,得到一个新的 向量S,它的计算公式为
s = Ha = Σ i = 1 n a i h i - - - ( 3 )
上述公式中,各子项间做异或运算。
步骤2、将所得到的新向量S与待隐藏的机密数据向量c做异或运算, 得到一个表示误差的向量d,其计算公式如下:
d = c s - - - ( 4 )
其中的表示异或运算符号。
步骤3、根据误差向量d做如下判断:
若d=0,则说明待隐藏的机密数据向量c与向量s相同,此时令嵌入 机密信息后的宿主数据向量r直接等于宿主可修改向量a;
若d≠0,则在加权矩阵H中,寻找相应十进制数为d的任意一列,假 定为第k列,将原RPE-LTP数据流a的第k位ak取反,这样就可得到藏有机密 数据的RPE-LTP数据矢量r,即嵌入机密信息后的宿主数据向量r的计算公式 如下:
r i = a i , i k a i = 1 a i , i = k - - - ( 5 )
通过本步骤的上述操作可得到数据嵌入后的结果r。
经过上述各个步骤后,已基本实现数据隐藏过程中与数据嵌入相关的 步骤。将所得到的嵌入机密信息后的宿主数据向量r发送到接收端后,可由 接收端进行相应的数据提取操作。在数据提取过程中,将接收端的加权矩阵 H与嵌入机密信息后的宿主数据向量r做异或操作,异或操作后的结果就是 机密数据向量c,也就是用户希望隐秘传输的数据。
从上述的步骤3可知,根据误差向量d的不同取值,嵌入机密信息后 的宿主数据向量r的计算有不同的方法,下面以两种计算方法所得到的r分别 为例,说明前段所描述的数据提取过程对于所有的向量r都适用:
已知当d=0时,c=s,且r=a,从公式(3)可知,c=s=Hr。
当d≠0时,
Hr = ( h 1 , h 2 , . . . , h n ) r 1 r 2 · · · r k · · · r n = ( h 1 , h 2 , . . . , h n ) a 1 a 2 · · · a k 1 · · · a n = a 1 h 1 a 2 h 2 · · · a k h k h k · · · a n h n
= a 1 h 11 a 1 h 21 · · · · · · · · · a 1 h m 1 a 2 h 12 a 2 h 22 · · · · · · · · · a 2 h m 2 · · · a k h 1 k a k h 2 k · · · · · · · · · a k h mk h 1 k h 2 k · · · · · · · · · h mk · · · a n h 1 n a n h 2 n · · · · · · · · · a n h mn = h k Σ i = 1 n a i h i = h k s - - - ( 6 )
因为d=(d)10,又由公式(2),故hk=d,所以:
Hr = ( c s ) s = c - - - ( 7 )
从上述说明可以知道,对于机密数据向量c都可以通过嵌入机密信息 后的宿主数据向量r与加权矩阵H做异或运算得到。
采用加权矩阵H的数据嵌入方法具有很高的嵌入效率。如果将平均每 修改(取反)1比特宿主信息后,可嵌入的数据称为数据平均嵌入效率,则 可计算得出,在n比特宿主可修改信息中,最多修改1比特就可嵌入 比特的方法中,平均嵌入效率为:

也就是说在本发明中,可以在n比特宿主可修改信息中,通过最多修 改1比特就可嵌入比特;而Tseng Yu-Chee的算法,在n比特 宿主可修改信息中,最多需要修改2比特才可嵌入比特。显而易 见,与现有技术相比,本发明的方法具有更高的嵌入效率。
本发明的上述数据嵌入操作和数据提取操作的操作步骤简单,计算复 杂低,因此使得本发明的方法具有很高的实时性。
此外,在本发明中所使用的加权矩阵H还可以作为一个密钥使用。
当n=2m-1时,对每一个整数i(1≤i≤2m-1),H矩阵中唯一存在一个列 向量wk使其对应的十进制数(hk)(10)=i。H矩阵共有(2m-1)!种。
当n>2m-1时,前(2m-1)列的设置与n=2m-1时相同;剩余的(n-2m+1)个 列向量所对应的十进制数可为1~(2m-1)中的任意值。这种情况下能够满足 条件的H矩阵共有 C n 2 m - 1 × ( 2 m - 1 ) ! × ( 2 m - 1 ) ( n - 2 m + 1 ) 种。当n的数值较大时,H 矩阵可供选择的数目会很大。由于数值的嵌入和提取都要用相同的H,因 此,H本身也可用作密钥。
在上文对待修改比特的选择中已经提到,在本实施例中,从第6类比 特中随机选择两组(每组具有15个比特,共选择30比特)作为本实施例 的优选实现方式,下面以此为例,对数据嵌入与数据提取的具体实现步骤 进行说明。
A)、在每帧RPE-LTP语音信号中,随机选取第6类比特(共69比特) 中的30个比特,平均分为2组,每组各15比特(即n=15),以其中一组 为例,该组中的15比特数据组成宿主可修改矢量a。
B)、选择一个大小为4×15的加权矩阵,该矩阵应满足前述的公式(1) 和公式(2),假设该加权矩阵的表达形式如下:
H = 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 4 × 15
上述H矩阵中的各列可以进行交换,但数据嵌入端和数据提取端应 采用统一的矩阵。
C)、计算校验向量 s = Ha = Σ i = 1 n a i h i . 假设可修改矢量a只有第一列、第三 列与第15列为“1”,其余各列均为“0”。即:
a=[1,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,0,1]15×1,则:
s = 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 = 1 1 0 1
D)、计算向量 d = c s , 其中的c向量为待嵌入的加密和纠错编码后 的数据:
c = 0 1 0 1 ,
d = c s = 0 1 0 1 1 1 0 1 = 1 0 0 0
E)、根据向量d对宿主矢量进行修改。本实施例中,d≠0,将RPE-LTP 数据流a中第8位(d的十进制数)进行取反,即可得到藏有机密数据的 RPE-LTP数据矢量r,即矢量r与可修改矢量a相比,只有矢量a的第8位 由“0”变为了“1”,即r=[1,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,1]15×1,至此,数据嵌入过 程结束。
通过上述数据嵌入操作可知,在每组可修改比特中,最多仅修改1比 特的数据,就可嵌入比特的机密数据;每一个 RPE-LTP数据帧可共嵌入8比特(一个字节)的机密数据,每秒共嵌入400 比特数据。在具体实现时,可将待嵌入的加密后的数据以4比特为一组进 行分段,分别进行嵌入。
完成上述的数据嵌入操作后,通过有线或无线网络将藏有机密数据的 RPE-LTP数据矢量传输到数据的接收端,由数据的接收端进行数据的提 取。在提取时,计算 Hr = d s = ( c s ) s = c , 所得到的c就是预先加密的机 密数据信息。例如,根据上述实例的结果:
Hr = 0 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 = 0 1 0 1
所得到的提取结果就是前面所列举的c的值。
本发明除了上述的数据隐秘传输方法外,还提供了一种与数据隐秘传 输方法相对应的数据隐秘传输系统,参考图2,该系统包括两个装置,一 个是用于发送端的数据嵌入装置,一个是用于接收端的数据提取装置。其 中,数据嵌入装置包括:
宿主可修改向量选择模块,用于从RPE-LTTP语音编码信号帧的第6 类比特中选择宿主可修改向量;
机密数据预处理模块,实现对待嵌入的机密数据进行加密、纠错编码 处理;
新向量生成模块,用于将加权矩阵与宿主可修改向量做异或操作,以 得到一个新向量;
误差向量生成模块,将待嵌入的机密数据与所得到的新向量做异或操 作,得到一个表示误差的误差向量;
宿主修改模块,用于根据所述误差向量的值,对宿主可修改向量进行 修改。本模块所得到的结果就是数据嵌入装置所要得到的最终结果。
数据提取装置通过网络传输得到嵌入机密数据的宿主数据向量后,将 该向量与数据嵌入装置中所采用的加权矩阵相同的矩阵做异或操作,根据 异或操作的结果,对得到的数据进行相应纠错和解密后就得到所求的机密 数据。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限 制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当 理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方 案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
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