基于分段序列的數(shù)字音頻偽裝及重構(gòu)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于信息安全和音頻技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種音頻偽裝方法，具體涉及一種基 于分段序列的數(shù)字音頻偽裝及重構(gòu)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來(lái)，伴隨著計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的數(shù)字音頻在公有信道中傳 播。對(duì)秘密音頻不加限制地訪問(wèn)和使用，不僅涉及個(gè)人隱私、媒體公信和政府誠(chéng)信，同時(shí)也 會(huì)導(dǎo)致社會(huì)動(dòng)蕩和誘發(fā)軍事沖突。
[0003] 如何有效地保護(hù)公有信道中傳輸?shù)拿孛芤纛l，已成為目前研宄的熱點(diǎn)。針對(duì)此問(wèn) 題，人們已提出了多種音頻保護(hù)方法。相對(duì)于數(shù)字音頻加密技術(shù)，數(shù)字音頻偽裝是將機(jī)密音 頻偽裝成有意義的非機(jī)密音頻，從而在公有信道傳輸中不易引起攔截者的注意，減少潛在 攻擊的可能性，進(jìn)一步保證機(jī)密音頻的安全性。
[0004] 本發(fā)明所提出的音頻偽裝方法也不同于現(xiàn)有的技術(shù)方法：基于語(yǔ)音識(shí)別的偽裝 通信方法，該方法使用的是信息隱藏技術(shù)將秘密音頻隱藏在公開音頻中進(jìn)行傳輸，然后在 接收端提取出隱藏的秘密音頻（鄧宗元，楊震.基于語(yǔ)音識(shí)別的偽裝通信方法[P].中國(guó) 專利：CN1901442, 2011-04-27)。也不同于技術(shù)方法：一種偽裝聲音的識(shí)別方法及裝置，該 技術(shù)方法用于數(shù)字音頻取證，識(shí)別聲音是由原發(fā)聲源發(fā)出還是由偽裝后的發(fā)聲源發(fā)出（王 泳，黃繼武.一種偽裝聲音的識(shí)別方法及裝置[P].中國(guó)專利：CN103730121A，2014-04-16)。
[0005] 本發(fā)明的直接動(dòng)因來(lái)源于一種典型的用于通過(guò)公有信道傳輸公開圖像，進(jìn)而將公 開圖像轉(zhuǎn)換為秘密圖像的Tangram方法。Tangram方法也稱七巧板方法或中國(guó)拼圖方法， 是一種典型的圖像偽裝方法（丁瑋.數(shù)字圖像信息安全的方法研宄[D].北京：中國(guó)科學(xué)院 計(jì)算技術(shù)研宄所，2000.)。其基本思路是選取一幅和秘密圖像等大的公開圖像，將秘密圖像 和公開圖像分割成不重疊的等大子塊。將公開圖像子塊進(jìn)行8種等距變換構(gòu)造字典塊，利 用最小2乘法尋找秘密圖像的每個(gè)子塊在公開圖像字典塊中的匹配殘差最小的子塊所對(duì) 應(yīng)的變換參數(shù)。然后利用這些變換參數(shù)將公開圖像轉(zhuǎn)換為秘密圖像。由于Tangram方法在 匹配過(guò)程中需進(jìn)行全局搜索，編碼開銷大，嚴(yán)重限制了Tangram方法的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，同時(shí) Tangram方法變換過(guò)程中僅有8個(gè)等距變換，也制約了將秘密圖像轉(zhuǎn)變?yōu)楣_圖像的匹配 精度，而借助全局搜索找到最合適的等距變換參數(shù)也進(jìn)一步提高了計(jì)算復(fù)雜性。
[0006] 為降低經(jīng)典Tangram方法的搜索時(shí)間和加快編碼速度，吳軍和吳秋新等對(duì)經(jīng)典 Tangram方法進(jìn)行了改進(jìn)，添加了小塊均化操作，在此基礎(chǔ)上給出了基于塊均化5元組匹配 的Tangram方法（吳軍，吳秋新.一種基于七巧板游戲的數(shù)字圖像信息偽裝方法[J].計(jì) 算機(jī)應(yīng)用，2004, 24 (6) : 125-128.)。但該方法在減小計(jì)算代價(jià)的同時(shí)，也減少了等距變換數(shù) 量，從而進(jìn)一步降低了匹配精度。
[0007] 為進(jìn)一步減少搜索時(shí)間，加快編碼速度，余建德等人對(duì)Tangram方法進(jìn)行了改進(jìn)， 利用像素灰度值作圖像區(qū)域非均勻剖分的思想，提出了基于三角形剖分的Tangram方法 (余建德，宋瑞霞，齊東旭.基于數(shù)字圖像三角形剖分的信息偽裝方法[J].計(jì)算機(jī)研宄與發(fā) 展，2009,46 (9) : 1432-1437.)。相對(duì)于經(jīng)典Tangram方法，基于三角形剖分的Tangram方法 不進(jìn)行全局搜索，只找到對(duì)應(yīng)三角區(qū)域的差值，降低了運(yùn)算代價(jià)。但只能對(duì)秘密圖像的三角 形剖分區(qū)域進(jìn)行近似重構(gòu)，降低了秘密圖像重構(gòu)精度。
[0008] 為減少計(jì)算代價(jià)和提高秘密圖像的重構(gòu)質(zhì)量，在所申請(qǐng)的國(guó)家發(fā)明專利"基 于改進(jìn)Tangram算法和2維雙尺度矩形映射的數(shù)字圖像偽裝方法"（邵利平，李苑 夢(mèng).基于Tangram算法和2維雙尺度矩形映射的圖像偽裝及重構(gòu)方法[P].中國(guó)專 利：CN104143174A，2014-11-12.)中，我們將秘密圖像劃分的小塊作為字典，利用2D雙尺度 矩形映射確定秘密圖像子塊和公開圖像子塊的對(duì)應(yīng)關(guān)系，將每個(gè)秘密圖像子塊按8個(gè)等距 變換直接和對(duì)應(yīng)位置的公開圖像子塊進(jìn)行最小2乘法匹配。由于避免了全局匹配，實(shí)際編 碼時(shí)間遠(yuǎn)低于Tangram方法。但所提策略同傳統(tǒng)Tangram方法一樣，僅有8個(gè)等距變換，由 此導(dǎo)致信道中的偽裝圖像視覺(jué)質(zhì)量不高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的在于解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，提供一種基于分段序列的音 頻偽裝及重構(gòu)方法。
[0010] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案包括以下步驟：
[0011] 基于分段序列的數(shù)字音頻偽裝方法，包括以下步驟：
[0012] 1)將等長(zhǎng)秘密音頻和公開音頻采樣數(shù)據(jù)分割為等長(zhǎng)小段序列，將其分別作為秘密 序列和公開序列；
[0013] 2)對(duì)公開序列和秘密序列進(jìn)行預(yù)處理以改善公開序列和秘密序列的匹配性能，然 后由秘密序列構(gòu)造等距變換序列和對(duì)應(yīng)位置的公開序列進(jìn)行最小2乘法匹配，從而將秘密 序列偽裝成公開序列，生成變換參數(shù)；
[0014] 3)將偽裝后的所有公開序列進(jìn)行序列重組，從而得到偽裝后公開音頻采樣數(shù)據(jù)， 將其寫為對(duì)應(yīng)的音頻，將所有的變換參數(shù)構(gòu)成參數(shù)集合T'n"。
[0015] 進(jìn)一步的，步驟2)中預(yù)處理的方法具體為：
[0016] 若秘密序列或公開序列為相同元素構(gòu)成的序列，則對(duì)其添加隨機(jī)擾動(dòng)，記S= Noise(S，a，b)為隨機(jī)擾動(dòng)函數(shù)，其定義式如式（8)所示：
[0017] Sii=sn+ (Random(a) +b),ii= 0,I, ,Ien(S)-I(8)
[0018] 式⑶中，Random(a)+b為隨機(jī)生成函數(shù)，范圍為[b,a+b)，即對(duì)序列S中的每個(gè)元 素施加[b，a+b)范圍內(nèi)的隨機(jī)數(shù)擾動(dòng)。
[0019] 進(jìn)一步的，步驟2)中等距變換的構(gòu)造方法具體為：
[0020] 記S= (Sii)^Sk=Scr(S，k)為序列循環(huán)右移函數(shù)，其中k= 0，l，…，1-1 ;則由 ScrO將S映射為CS1，…，S1'其中S°=S。
[0021] 進(jìn)一步的，步驟2)中將秘密序列偽裝成公開序列的具體方法為：
[0022] 記公開序列為S1=(aJ1，秘密序列為S2= (I3ii)1，對(duì)秘密序列S2進(jìn)行循環(huán)右移 劣= &r(U十得到序列劣=(#),，其中k= 0, 1，…，1-1，將公開序列別和秘密序列S2循環(huán)右移所得到的每個(gè)序列按最小2乘法擬合尋找殘差最小的右移步長(zhǎng)f和對(duì)應(yīng)的變換 參數(shù)《 /?，如式（1)所示：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 基于分段序列的數(shù)字音頻偽裝方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 將等長(zhǎng)秘密音頻和公開音頻采樣數(shù)據(jù)分割為等長(zhǎng)小段序列，將其分別作為秘密序列 和公開序列； 2) 對(duì)公開序列和秘密序列進(jìn)行預(yù)處理以改善公開序列和秘密序列的匹配性能，然后由 秘密序列構(gòu)造等距變換序列和對(duì)應(yīng)位置的公開序列進(jìn)行最小2乘法匹配，從而將秘密序