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《解放军信息工程大学》 2011年
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数字音频篡改检测与隐写分析技术研究

丁琦  
【摘要】:数字多媒体技术的发展使数字多媒体信息得到广泛使用和传播,给人类的信息交流带来极大的便利。然而数字多媒体信息易于修改的特点,使其面临着恶意篡改带来的严重信任危机;另一方面,通过对数字多媒体信息作隐性修改而实现的隐写技术,也可能被敌对势力利用来危害国家和社会安全。因而对于数字多媒体信息的篡改检测和隐写分析的研究,近年来在国际上引起越来越多的关注。 本文侧重于数字音频信息的篡改检测与隐写分析的研究。从音频信号的特性出发,在音频处理、语音信号处理、语音压缩编码等理论和技术的基础上,研究对于音频重采样、语音音色篡改、语音语义篡改的检测,压缩域语音的隐写分析等问题,进一步完善音频篡改检测的方法体系和音频隐写分析的方法体系。本文的工作和创新性学术成果主要包括以下四个方面: 1.提出了基于子带谱平滑度的音频重采样检测算法。针对音频篡改中常常需要用到的重采样操作,分析信号插值过程造成的插值信号与原始信号不同频段频谱分布的差异,提出一种新的篡改检测算法。该算法对音频信号作子带分析,用子带谱平滑度这一特征度量音频信号各频段频谱的波动程度,检测音频信号是否经过插值操作,实现数字音频的篡改检测。该方法可以用作音频信号的插值和拼接检测,以及估算信号插值前的原始采样率。 2.提出了一种针对语音变换的音色篡改检测算法。语音音色篡改中常常使用语音变换工具来改变语音个性特征而保持语义信息不变,通过分析自然语音产生和语音变换的模型,提出一种针对语音变换的音色篡改检测算法。该算法提取语音信号的声道参数以及相关的信号统计量,并通过支持向量机递归特征消除法,选择对语音变换比较敏感的特征进行语音变换检测。该算法还可进一步判别变换语音的说话人性别。 3.提出了一种基于言语情境分析的语音篡改检测算法。音频篡改中常常会把同一个人在不同情境下的语音剪辑、拼接,形成一段新的语音,实现语义篡改。通过分析篡改和未篡改语音在多种言语情境因素影响下的差别,提出一种基于言语情境分析的语音篡改检测算法。该算法将语音信号划分为静音部分和语音部分,通过静音片段的背景噪声分析提取噪声时域和频域特征,以及对语音片段进行说话人状态特征分析提取韵律特征和音质特征,检测特征的不连续点实现语音篡改的检测。该算法可以减少人工检测的工作量和主观因素带来的影响,成为检测和定位语音语义篡改的工具。 4.提出了基于脉冲位置参数统计特征的压缩域隐写分析算法及改进算法。针对使用依合成分析法技术编码的压缩域语音的隐写特点,以G.729编码的压缩语音为例,对于隐写最可能改变的脉冲位置参数,分析了载体语音和载密语音脉冲位置统计特征的特点,在此基础上提出一种压缩域语音隐写分析算法,以及一种改进算法。该算法度量直方图的平坦度,采用脉冲位置修正直方图的平坦度、特征函数质心和方差,以及码流中0和1出现的概率差等作为分类特征,使用支持向量机进行隐写分析。实验结果表明该算法有良好的检测性能。改进算法则使用局部直方图特征来进一步提高检测准确率。该算法及其改进算法也适用于其它类似的依合成分析压缩语音的隐写分析。
【学位授予单位】:解放军信息工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP391.41

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【参考文献】
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