一种针对AMR音频文件的隐写分析方法技术

本发明专利技术公开了一种针对AMR音频文件的隐写分析方法，本发明专利技术深入挖掘了AMR编码过程中的固定码本搜索原理以及嵌入算法原理，发现现有基于轨道脉冲位置调制的AMR隐写算法必然会破坏固定码本搜索的脉冲固有特征，导致同轨道中第一个脉冲位置和第二个脉冲位置之间具有较强的相关性；本发明专利技术可应用于所有基于脉冲位置调制的隐藏算法以及AMR-NB、AMR-WB不同编码模式，G729、G723.1等一类基于ACELP技术编码的压缩语音隐写分析，具有广泛地通用性和较高的检测正确率。

【技术实现步骤摘要】
一种针对AMR音频文件的隐写分析方法
本专利技术涉及数字音频信息隐藏领域，尤其涉及一种基于AMR音频轨道脉冲位置调制隐写的通用隐写分析方法。
技术介绍
公知，随着移动互联网音频应用业务的飞速发展，各种压缩音频文件在internet中被分享和传播，数字化语音在通信系统中所占的比重越来越大。作为3GPP组织指定的第三代移动终端主流语音编码标准，自适应多速率语音编码AMR的应用非常广泛。其开源c编解码源码[1]，可对16bit量化无压缩的PCM语音信号，如网络公开的WAV数据库[2][3]以及采用录音软件如cooledit[4]录制的PCM音频，进行不同模式下的编解码，以适应不同的网络传输带宽。各种手机终端系统，如iPhone，Samsung，Nokia等，以及一些主流的移动终端通信软件，如QQ，WeChat，都支持AMR语音格式。与此同时，面向压缩音频格式的隐写算法和工具也逐渐涌现，基于脉冲位置调制的AMR隐写算法具有嵌入容量高和隐蔽性良好的特性，因此给语音内容的安全通信带来隐患，同时给音频隐写分析也带来了新的挑战。隐写分析技术(Steganalysis)是信息隐藏的对抗技术，通过对载体固有统计特性和隐写引起载体特性细微改变的分析，检测数字图像、音频、视频等载体信息中是否存在隐秘信息和隐秘通信的行为，从而达到对载密信息的破坏、检测、甚至提取秘密信息的目的。随着隐写算法的不断发展，近年来针对压缩音频的隐写分析算法也不断出现，但主要集中在Mp3和AAC音频压缩格式的隐写分析算法，目前还没有针对AMR压缩音频隐写分析的公开文献发表。现有AMR隐藏算法都是基于其编码过程中固定码本搜索采用的深度优先树搜索方式是不彻底的搜索，导致选出的码本矢量是次优的，意味着固定码本参数存在很大的冗余度，还有其它可选空间，因此可以通过控制固定码本搜索策略，将秘密信息嵌入到每个轨道的最后一个脉冲位置中，并建立脉冲位置与隐藏信息之间的映射关系，实现秘密信息的嵌入和提取。2008年GeiserB[5]率先提出针对AMR-NB12.2kbit/s的隐写方法，限制每个轨道的第二个脉冲位置由同轨道第一个脉冲位置和秘密信息共同决定，嵌入容量高的同时计算复杂度低。2013年Miao[6]等人基于文献[5]的嵌入原理，提出一种面向AMR-WB自适应次优脉冲组合限制的隐写算法，其应用范围广，同样适用于AMR-NB。这类嵌入算法嵌入容量大，可在AMR-NB12.2kbit/s模式下最大嵌入3kbps的秘密信息，同时不带来明显的听觉质量的降低。因此针对AMR音频的隐写分析技术研究具有非常重要和迫切的需求。参考文献：[1](2010).ANSI-Ccodeforthefloating-pointAdaptiveMulti-Rate(AMR)speechcodec[OnLine].Available:http://www.3gpp.org/DynaReport/26104.htm[2](2010,June).Mandatoryspeechcodecspeechprocessingfunctions,AdaptiveMulti-Rate(AMR)speechcodectestsequences[OnLine].Available:http://www.3gpp.org/DynaReport/26074.htm[3](2007,Oct).CMUaudiodatabases[OnLine].Available:http://www.speech.cs.cmu.edu/databases/[4](2012,Mar).AdobeAuditionCS6[OnLine].Available:http://www.adobe.com/cfusion/tdrc/index.cfm？product＝audition&loc＝cn[5]GeiserB,VaryP.HighratedatahidinginACELPspeechcodecs[C]//Acoustics,SpeechandSignalProcessing,2008.ICASSP2008.IEEEInternationalConferenceon.IEEE,2008:4005-4008.[6]MiaoH,HuangL,ChenZ,etal.Anewschemeforcovertcommunicationvia3Gencodedspeech[J].Computers&ElectricalEngineering,2012,38(6):1490-1501.
技术实现思路
本专利技术为了解决上述的技术问题，提出了一种针对AMR音频文件的隐写分析方法。本专利技术的技术方案是：一种针对AMR音频文件的隐写分析方法，包括如下步骤：步骤1.构建一个AMR自适应多速率语音编码音频样本库；随机选择一部分音频样本作为训练样本集，其余音频样本为待测样本集；步骤2.训练过程，包括如下步骤：步骤2.1，输入训练样本集，对包括隐写音频和非隐写音频的训练样本集中所有的训练音频进行解码，然后计算同轨道脉冲位置相同概率SPP；步骤2.2，通过分类器对训练样本集中的所有训练音频的同轨道脉冲位置相同概率特征矢量SPP进行训练得到分类model；步骤3.预测过程，包括以下步骤：步骤3.1，解码待测样本集音频的帧，计算待测音频的同轨道脉冲位置相同概率SPP；步骤3.2，根据训练得到的分类model对待测音频的同轨道脉冲位置相同概率SPP进行预测，判断是否为隐写音频；其中，同轨道脉冲位置相同概率SPP，具体实现方式如下：①.对于一个AMR压缩音频的比特流，假定其包含的子帧总数为Nf，每个子帧中脉冲数量为Np，每个子帧中轨道数量为Nt，每个轨道中脉冲的数量为Np_t，解码AMR音频的每个子帧，提取其非零脉冲位置参数；②.若整段音频信号中同一轨道两个非零脉冲位置同时出现的概率PCP，则轨道t的PCP矩阵计算如下：其中，0≤t≤Nt-1；i,j为轨道t中可选脉冲位置，1≤i,j≤Np；f为子帧序号，1≤f≤Nf；ia为轨道t中第一个非零脉冲的位置，ib为轨道t中第二个非零脉冲的位置，P是一个子帧中同一轨道两个非零脉冲位置同时出现的概率③.若整段音频信号中同轨道脉冲位置相同概率为SPP，则轨道t中每个脉冲位置i的SPP值计算如下式：SPPt(i)＝PCPt(i,i)同轨道脉冲位置相同概率SPP＝{SPPt(i)|1≤i≤Np,i≠First_Pos(t),0≤t≤Nt-1}，其中，1≤i≤Np，First_Pos(t)为轨道t的第一个可选脉冲位置，本专利技术的有益效果是：1、通用性强；本专利技术的隐写分析方法把编码过程中的固定码本搜索原理和脉冲位置调制嵌入原理相结合，从根本上反映了基于脉冲位置隐写的实质，对依ACELP技术编码的压缩语音基于脉冲位置调制的隐写方法都可适用，因此具有广泛的通用性；本专利技术中虽然是采用AMR-NB标准的音频来作分析的，但也可应用在AMR-WB、G729、G723.1等音频标准之上。2、检测率高；本专利技术通过对大量不同来源的AMR音频样本的测试，采用现有基于轨道脉冲位置调制的AMR隐写算法，在不同嵌入率、不同编码模式、不同嵌入参数情况下的检测性能进本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种针对AMR音频文件的隐写分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.构建一个AMR自适应多速率语音编码音频样本库；随机选择一部分音频样本作为训练样本集，其余音频样本为待测样本集；步骤2.训练过程，包括如下步骤：步骤2.1，输入训练样本集，对包括隐写音频和非隐写音频的训练样本集中所有的训练音频进行解码，然后计算同轨道脉冲位置相同概率特征矢量SPP；步骤2.2，通过分类器对训练样本集中的所有训练音频的同轨道脉冲位置相同概率特征矢量SPP进行训练得到分类model；步骤3.预测过程，包括以下步骤：步骤3.1，解码待测样本集音频的帧，计算待测音频的同轨道脉冲位置相同概率特征SPP；步骤3.2，根据训练得到的分类model对待测音频的同轨道脉冲位置相同概率特征SPP进行预测，判断是否为隐写音频；其中，同轨道脉冲位置相同概率特征SPP，具体实现方式如下：1.对于一个AMR压缩音频的比特流，假定其包含的子帧总数为Nf，每个子帧中脉冲数量为Np，每个子帧中轨道数量为Nt，每个轨道中脉冲的数量为Np_t，解码AMR音频的每个子帧，提取其非零脉冲位置参数；

【技术特征摘要】
1.一种针对AMR音频文件的隐写分析方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1.构建一个AMR自适应多速率语音编码音频样本库；随机选择一部分音频样本作为训练样本集，其余音频样本为待测样本集；步骤2.训练过程，包括如下步骤：步骤2.1，输入训练样本集，对包括隐写音频和非隐写音频的训练样本集中所有的训练音频进行解码，然后计算同轨道脉冲位置相同概率SPP；步骤2.2，通过分类器对训练样本集中的所有训练音频的同轨道脉冲位置相同概率特征矢量SPP进行训练得到分类model；步骤3.预测过程，包括以下步骤：步骤3.1，解码待测样本集音频的帧，计算待测音频的同轨道脉冲位置相同概率SPP；步骤3.2，根据训练得到的分类model对待测音频的同轨道脉冲位置相同概率特征SPP进行预测，判断是否为隐写音频；其中，同轨道脉冲位置相同概率SPP，具体实现方式如下：①.对于一个AMR压缩音频的比特流，假定其包含的子帧总数为Nf，每个子帧中脉冲数量为Np，每个...

【专利技术属性】
技术研发人员：任延珍，蔡婷婷，熊浩，范梦迪，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42