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基于语音水印的篡改检测与篡改恢复

张济川  
【摘要】:随着数字技术与多媒体技术的迅速发展,语音信号已成为日常信息传递的主要载体。由于语音信号在传输过程中容易被恶意篡改而失真,如果对语音篡改的内容涉及到国家安全、法庭举证、医学等一系列重要数据,被篡改的语音会给社会造成严重的后果。因此,语音信号的安全问题越来越多引起社会的重视。语音水印作为信息隐藏技术的一个重要分支,通过水印嵌入算法将信息嵌入到语音信号中,可以有效的保护语音信号。语音水印由于其隐蔽性、鲁棒性,被广泛应用于版权保护,篡改提示和信息加密等方面。本文从两方面深入研究语音水印算法:(1)基于语音水印的篡改检测算法的提出与应用。针对传统篡改检测算法无法承受去同步攻击等问题,本文在保证水印隐蔽性和鲁棒性的前提下,提出了一种双重认证算法,来解决水印的同步问题。首先,从每帧信号中提取最重要位(MSB)信息生成同步码,作为首次认证信息。然后,从每帧信号中计算出其局部特征系数和全局特征系数,将两种特征结合在一起作为二次认证信息。实验结果证明所提出的方法不仅具有高的篡改检测精度,而且保证水印具有良好的隐蔽性和鲁棒性。(2)基于语音水印的篡改内容恢复算法的提出与应用。语音水印算法不仅可以检测篡改,还可以恢复被篡改的内容。实现篡改恢复需要嵌入大量的恢复信息到语音信号中,难免在一定程度上会破坏原语音信号的质量。因此,如何平衡水印的无声性与水印的恢复能力是一个具有挑战性的问题。本文采用最末位比特(LSB)替换的嵌入方法在保证原语音质量的情况下尽可能提供多的嵌入空间,通过G723.1编码的方式来压缩恢复信息以减少水印的嵌入量。在水印的嵌入过程中,采用使用对齐策略和未对齐策略分别嵌入认证信息和恢复信息来保证水印的恢复能力。实验结果表明,即使大部分原始语音被篡改,也可以根据所提出的方法来恢复被破坏的语音。此外,恢复后语音的质量也是令人满意的。


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