一種基于GSM的低碼率語(yǔ)音信息隱秘傳輸方法
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6 實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
6．1 嵌入／提取MELP語(yǔ)音的步驟
嵌入主要步驟：
1)對(duì)于每幀GSM語(yǔ)音信號(hào)，選取所有第六類n=69組成69比特宿主可修改矢量a，當(dāng)L=24時(shí)，2L×69單位增廣矩陣共有
種，取其中任一種作為單位增廣矩陣H。根據(jù)矩陣H(密鑰2)和宿主可修改矢量口計(jì)算向量s=Ha；2)對(duì)MELP機(jī)密語(yǔ)音由密鑰1進(jìn)行初始加密。加密算法采用簡(jiǎn)單異或加密或DES加密。根據(jù)已加密分段的MELP語(yǔ)音c計(jì)算向量
若d=0，則不需進(jìn)行任何修改；否則，在2L×69單位增廣矩陣中必可找出滿足
條件的k列(k≤L)：hi1，hi2，…h(huán)ik。將可修改矢量a中與這K≤L個(gè)列矢量所對(duì)應(yīng)的比特位分別取反即得到嵌入機(jī)密語(yǔ)音c后的GSM數(shù)據(jù)矢量a’(見(jiàn)式(7)。提取主要步驟：
1)在接收端接收到a’后，采用與發(fā)送端相同的單位增廣矩陣H，計(jì)算
c即為加密后的MELP語(yǔ)音；2)得到c后，再用密鑰1解密，組合后就可得到所嵌入的一路2．4kb／s MELP機(jī)密語(yǔ)音。
6．2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
為了驗(yàn)證該算法，在局域網(wǎng)中進(jìn)行了模擬實(shí)驗(yàn)。工作平臺(tái)為Windows 2000，采集的音頻信號(hào)為16比特線性PCM音頻信號(hào)，采樣時(shí)間為8s，共64000個(gè)樣點(diǎn)。采用GSM編碼，每幀GSM語(yǔ)音(20ms)中的69比特宿主可修改矢量，最多修改其中的L=24比特，相應(yīng)嵌入2L=48比特MELP編碼(20ms)的語(yǔ)音信息。
嵌入MELP語(yǔ)音后的語(yǔ)音與原宿主語(yǔ)音的對(duì)比采用峰值信噪比．PSNR(Peak SNR)進(jìn)行衡量：本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/158070.htm
這里取K=64000。其中x(n)為原始PCM語(yǔ)音；y(n)為原始語(yǔ)音僅GSM編碼傳輸解碼后的PCM語(yǔ)音；y’(n)為相應(yīng)的GSM語(yǔ)音嵌入MELP語(yǔ)音后傳輸、解碼后的PCM語(yǔ)音。
圖2給出了一組語(yǔ)音的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，圖2(b)相對(duì)于圖2(a)的PSNRl=31．65dB，圖2(c)相對(duì)于圖2(a)的PSNR2=25．9ldB。圖2(d)～(f)給出了所嵌入的MELP語(yǔ)音的波形。其中橫軸是樣點(diǎn)個(gè)數(shù)，縱軸是幅值(單位為5V／216)。
模擬實(shí)驗(yàn)表明，在GSM編碼語(yǔ)音中可實(shí)時(shí)嵌入一路2．4kb／s的MELP編碼的機(jī)密語(yǔ)音，嵌入后的GSM語(yǔ)音仍具有較好的音頻質(zhì)量。
在局域網(wǎng)傳輸的情況下，由于基本上無(wú)噪聲影響，嵌入的2．4kb／s MELP編碼的機(jī)密語(yǔ)音在實(shí)驗(yàn)室有100％的正確提取率，實(shí)驗(yàn)表明圖2(e)與圖2(f)的MELP文件完全相同，波形也完全相同。表2給出了10組實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，實(shí)驗(yàn)中MELP機(jī)密語(yǔ)音在不考慮噪聲影響的條件下正確提取率均為100%。
嵌入MELP語(yǔ)音后的GSM語(yǔ)音相對(duì)于原GSM語(yǔ)音，非專業(yè)人員難以分辯出二者的區(qū)別，在實(shí)驗(yàn)室請(qǐng)10人分別對(duì)多段嵌入MELP語(yǔ)音后的GSM語(yǔ)音與原GSM語(yǔ)音進(jìn)行分辯，均未覺(jué)察出二者的明顯區(qū)別。
另外還對(duì)加密的MELP語(yǔ)音進(jìn)行了糾錯(cuò)編碼和交織后，再嵌入的實(shí)驗(yàn)，以增加系統(tǒng)的可靠性。采用線性分組Hamming糾錯(cuò)編碼，可糾正單比特錯(cuò)誤。若數(shù)據(jù)位為m，監(jiān)督位為k，則編碼長(zhǎng)度為n=m+k，需滿足：2k一l≥n;n=m+k。這里取m=48，k=6，n=54。糾錯(cuò)編碼后的數(shù)據(jù)交織后再進(jìn)行嵌入。每幀GSM語(yǔ)音最多修改27比特，相應(yīng)嵌入54比特?cái)?shù)據(jù)。模擬表明當(dāng)信道噪聲或其它因素導(dǎo)致GSM語(yǔ)音丟失1幀信息時(shí)(最小丟幀間隔不小于54幀時(shí))，丟失幀所嵌入的機(jī)密語(yǔ)音可以全部由糾錯(cuò)碼糾回。
7 結(jié)論
通過(guò)對(duì)GSM語(yǔ)音碼流的分析，給出了一種將一路2．4kb／s的混合激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(MELP)編碼的機(jī)密語(yǔ)音嵌入在另一路13kb／s的GSM語(yǔ)音碼流非敏感比特中的一種方法。在每2L+l可修改比特中，通過(guò)最多只修改其中的L比特，便可嵌入2L比特的數(shù)據(jù)。
該方法主要采用了一個(gè)二值矩陣及異或運(yùn)算，運(yùn)算復(fù)雜度不高，易于硬件實(shí)現(xiàn)。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法可隱藏的數(shù)據(jù)量較大，具有較好的安全性。進(jìn)而可用于較大容量的流媒體信息的隱藏及隱秘傳輸，如隱形手機(jī)的研究等。
本文主要討論了2．4kb／s低碼率語(yǔ)音到GSM編碼語(yǔ)音的嵌入／提取方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力尚需進(jìn)一步研究。
評(píng)論