论文摘要
随着计算机网络和通信技术的飞速发展,传统的语音通话正逐渐被更经济更高效的网络语音(VoIP)电话所取代。如何开发利用VoIP中的隐蔽信道以及消除其中潜在的安全隐患已经成为隐蔽通信技术中的热点所在。而VoIP中的传输介质—网络语音(VoIP语音),作为隐蔽通信信道的重要来源,其中潜藏着大量的可供利用的隐蔽信道,因而对VoIP以及整个语音通信领域中的隐蔽通信技术的研究至关重要。不同于传统的基于静态载体(如图像、音频、视频等)的信息、隐藏技术,VoIP系统通都处于开常放的网络环境中,存在着各种各样的潜在风险,因而隐蔽通信过程更易遭受潜在的攻击;另一方面,语音通信有着低延时、低冗余量及不稳定等特点,这给隐写技术的实施带来了很大的难度。VoIP信道中传输的语音是传统的采样过后的脉冲编码调制(PCM)语音信号再经压缩编码而成,因而可供利用的冗余信息量很少。这与隐写技术对载体冗余度的需求相冲突。同时语音编码成语音帧后,其所包含参数的比特位的权重差异很大,若采用传统的基于最低有效位替换(LSB)的方法必将引入额外的噪声。而利用VoIP的特性,将语音隐写与各种编码技术有效的结合,在隐写过程中减少对载体语音的修改,可以提高隐写的性能。此外,对影响语音帧的各参数比特位的隐写性能进行研究,采用更加有效的隐写技术进行嵌入对语音载体来说也具有重要的意义。针对语音隐写技术的研究主要基于LSB替换力法,同时兼顾VoIP环境的特性,以提高隐蔽通信容量、降低隐写引入的失真和增加隐写的安全性为中心而展开。(1)将隐写编码与嵌入方法有效结合可以提高载体的嵌入效率,并降低引入的失真。在基于混合编码的语音编码器中,语音帧的各参数比特位具有不同的权重,直接采用隐写编码嵌入效率较低且语音质量失真较大。为此提出CLFW方法,使得隐写编码技术能很好的与语音帧隐写技术结合,从而提高嵌入效率且降低失真。在CLFW方法中,根据对语音质量的影响的不同,采用语音质量感知评价(PESQ)测试方法选取最低有效位,将语音帧按照权重的不同划分为不同的分组。为了达到隐写编码所需要的比特数,CLFW采用一种简单的加窗机制对VoIP信道中语音流进行选取。由此能保证进行隐写编码输入增加且输入比特的抗噪性更为接近,从而使得隐写编码更灵活,嵌入效率增加且失真降低。(2)语音帧的隐写可以进一步的细粒度化,使隐写性能得到进一步提高。基于多状态的“最低有效数”隐写方法是对LSB隐写的扩展。将LSB中“比特位”的概念扩展到各种多进制下的“数”的概念,从而对最低有效比特位的选取变成了对最不重要的“状态”的选取。这种方法与LSB技术相比,其隐写粒度更加精确。在进行嵌入与提取操作时,根据所挑选的“状态”的数量的不同,采用不同的多进制隐写。这种基于“状态”的策略与多进制运算相结合,可以使得在相同失真的情况下,隐藏的容量得到很大的提高。而在嵌入比特数受限的情况下,对比同类隐写方法,其对语音质量的影响更小。此外,由于“嵌入精度”的提高,嵌入的选择变得更加灵活,安全性也得到了提高。(3)除了利用语音帧中的冗余来进行隐写外,还可以利用VoIP通信过程中的语音速率变换所带来的冗余来嵌入秘密信息。这种方法理论上要好于对语音帧直接修改的隐写方法。第一种策略是将帧的编码速率降低,用帧长更小的帧来替换原编码帧,多余的空间用来隐藏信息。这种方法适用于在加密的RTP包中传送。另一种策略是将秘密信息直接编码到帧速率变换中,优点是可以由普通的编码器正常编解码,缺点是隐写的容量较低。两种隐藏策略都在S teg VoIP隐蔽通信系统中成功实现,并可以达到预期的效果。对于语音中的隐写来说,以上方法都在空域上进行。相比较于变换域的隐写技术,此类技术简单易行,并且对于各种不同种类的编码器来说具有较好的通用性。此外,借助于VoIP通信系统本身的复杂性,以及隐写本身所带的双重密钥保护机制,安全性也能得到足够的保证。