基于可量化性能分級(jí)的自適應(yīng)IP語音隱寫方法

田 暉,郭舒婷,秦 界,黃永峰,陳永紅,盧 璥

(1.華僑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門 361021；2.清華大學(xué)電子系,北京 100084；3.華僑大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中心,福建廈門 361021)

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基于可量化性能分級(jí)的自適應(yīng)IP語音隱寫方法

田 暉1,郭舒婷1,秦 界1,黃永峰2,陳永紅1,盧 璥3

(1.華僑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院,福建廈門 361021；2.清華大學(xué)電子系,北京 100084；3.華僑大學(xué)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)中心,福建廈門 361021)

論文以客觀語音質(zhì)量評(píng)價(jià)和信噪比為量化手段,分析了參數(shù)編碼中語音幀的每個(gè)比特位對(duì)重構(gòu)語音質(zhì)量影響的不均衡性,并提出了一種載體可隱藏位的分級(jí)方案,以達(dá)到充分利用各載體位的目的.以此為基礎(chǔ),進(jìn)一步提出了一種基于載體位置分級(jí)的自適應(yīng)IP語音隱寫方法.該方法可自適應(yīng)地選擇最佳的隱寫位置,以提高隱蔽通信的不可感知性.以大量的語音樣本為載體,對(duì)提出的方法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.結(jié)果表明,本文的分級(jí)方案是正確可行的,且提出的分級(jí)隱寫方法較之傳統(tǒng)方法具有更好的隱寫性能.

隱寫; IP語音; 信息隱藏; 性能分級(jí)

1 引言

隨著網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展,越來越多的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用已逐漸深入我們生活,人們的生產(chǎn)、工作和生活已經(jīng)越來越離不開互聯(lián)網(wǎng).然而,在網(wǎng)絡(luò)給人們帶來便利的同時(shí)也存在通信內(nèi)容的泄露、個(gè)人信息被竊取等風(fēng)險(xiǎn).因此,人們普遍開始關(guān)注諸如安全通信、個(gè)人隱私保護(hù)等信息安全相關(guān)問題.隱寫(Steganography)技術(shù)是近幾年來受到廣泛關(guān)注的一項(xiàng)隱蔽通信技術(shù),它是利用人類感覺器官的不敏感性(感覺冗余)以及多媒體數(shù)字信號(hào)本身存在的冗余(數(shù)據(jù)特性冗余),在不影響載體質(zhì)量及正常通信的前提下,將隱秘信息隱藏在可公開的媒體信息中,使得隱秘信息不被察覺地傳輸.與傳統(tǒng)的加密技術(shù)相比,隱寫技術(shù)隱藏了信息的存在性,使得隱蔽通信不易被察覺,從而提高了隱秘信息在特定場(chǎng)合的安全性.

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來看,目前的隱寫已不僅僅局限于圖像、文本、音頻等靜態(tài)媒體,越來越多的學(xué)者開始熱衷于基于動(dòng)態(tài)流媒體的隱寫技術(shù)研究,最為代表性的即為基于IP語音(Voice over IP,VoIP)的隱寫及隱蔽通信技術(shù)研究[1,2].主流的研究思路是以編碼后的語音流作為載體,利用其冗余性實(shí)現(xiàn)隱秘信息的隱藏[1～4].基于最低有效位(Least Significant Bit,LSB)的隱寫,以其低復(fù)雜度和高隱藏容量等優(yōu)點(diǎn),成為目前在VoIP中應(yīng)用最多的一種技術(shù),但是如何提高其安全性(包括不可感知性和不可檢測(cè)性)仍然是一個(gè)極具挑戰(zhàn)性的課題.迄今為止,已有許多研究者對(duì)此進(jìn)行了研究.在抵抗檢測(cè)攻擊方面,Kratzer等人[5]率先主張?jiān)贚SB隱藏前進(jìn)行加密處理以消除隱秘信息間的相關(guān)性,并提出了基于Twofish和Tiger加密技術(shù)的隱寫方案.盡管這一方案有效地提高了安全性,但是不難看出,這種傳統(tǒng)加密方式將會(huì)給VoIP系統(tǒng)帶來很大的通信延遲,而這種延遲給語音質(zhì)量帶來的損害,將使得隱蔽通信陷入另一個(gè)易于“暴露”的極端.為此,Tian等人[6]提出用m序列代替Twofish和Tiger對(duì)隱秘信息進(jìn)行加密,在消除隱秘信息間的相關(guān)性的同時(shí),維護(hù)VoIP的實(shí)時(shí)性.在維護(hù)VoIP的不可感知性方面,Huang等人[7]引入了LSB Matching算法來降低載體的改變量,但是該方法將隱藏容量降低到了傳統(tǒng)LSB方法的一半.Tian等人[8,9]首次提出部分相似值的概念以評(píng)價(jià)隱秘信息與載體間的相似度,并先后提出利用數(shù)學(xué)變換(邏輯運(yùn)算和位移運(yùn)算)來提高載體信息和隱秘信息間的相似性,在不損失載體容量的前提下提高感知透明性[8],以及通過合理設(shè)置部分相似值的門限值,結(jié)合m序列實(shí)現(xiàn)可自適應(yīng)獲得較好的不可感知性和較高隱藏容量的最佳平衡[9].Liu等人[10]則是將語音幀的LSB轉(zhuǎn)換成多進(jìn)制(如二進(jìn)制,三進(jìn)制及五進(jìn)制)序列,以多進(jìn)制的方式執(zhí)行嵌入操作,這種方式不僅提高了隱藏容量,而且減少了對(duì)語音質(zhì)量的影響.另外,也有研究指出,可在VoIP隱寫過程中引入各種矩陣編碼方法[11～14],以提高隱寫效率和隱寫的不可感知性.

盡管上述研究在提高隱寫安全性方面取得了顯著成果,但是這些研究均將不同位置的載體同等對(duì)待,忽略了它們之間的差異性.事實(shí)上,在各種語音編碼(尤其是參數(shù)編碼)中,同一語音幀中的不同位置的參數(shù)對(duì)于重構(gòu)語音的質(zhì)量影響是顯著不同的.可以預(yù)見,通過充分挖掘在不同載體位置間的差異性,在隱寫過程中自適應(yīng)地選取可隱藏性能好的位置進(jìn)行嵌入,可大大降低隱寫操作對(duì)載體語音質(zhì)量的影響,從而進(jìn)一步提高隱蔽通信的不可感知性.有鑒于此,本文以VoIP隱寫中應(yīng)用最多的LSB方法為背景,首先給出一種基于性能量化的LSB分級(jí)方案,并以此為基礎(chǔ)提出了一種基于LSB分級(jí)的自適應(yīng)VoIP隱寫方法.以VoIP中廣泛使用的G.729a語音編碼為例,對(duì)上述分級(jí)方案和隱寫方法進(jìn)行了大量而全面的測(cè)試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明本文方法的可行性和有效性.

2 基于性能量化的可隱藏位分級(jí)方案

本文利用MOS-LQO(Mean Opinion Score - Listening Quality Objective)值和信噪比SNR (Signal-to-Noise Ratio)值來評(píng)估不同載體位置對(duì)于載體語音質(zhì)量的影響.其中,MOS-LQO值是采用ITU-T P.862標(biāo)準(zhǔn)(Perceptual evaluation of speech quality,PESQ)[15]給出的一種語音質(zhì)量客觀評(píng)價(jià)分?jǐn)?shù),其取值在1.017到4.549之間,分?jǐn)?shù)越大則語音質(zhì)量越好；SNR值定義為純凈語音信號(hào)Ps與噪聲語音信號(hào)Pn的功率之比,即SNR=10log2(Ps/Pn),SNR值越高語音質(zhì)量越好.在參數(shù)編碼中,所謂的可隱藏位是指對(duì)其進(jìn)行修改后對(duì)語音質(zhì)量影響較小的比特位；從空間域信息隱藏的角度看,可將其類比為L(zhǎng)SB.在載體位置分級(jí)前,需首先對(duì)各載體位置的性能進(jìn)行量化,其方法為:以選取的大量語音樣本為載體,對(duì)各語音幀進(jìn)行逐比特置反實(shí)驗(yàn),并對(duì)置反前后的樣本分別進(jìn)行PESQ和SNR測(cè)試；統(tǒng)計(jì)語音幀中各比特對(duì)應(yīng)的平均MOS-LQO值和平均SNR值,并分別按從高到低排序.表1給出了ITU G.729a語音幀中可隱藏位的排序結(jié)果(取前40位).

表1 ITU G.729a語音幀中可隱藏位的排序結(jié)果

續(xù)表

上述排序的結(jié)果反映了參數(shù)編碼中語音幀的參數(shù)比特對(duì)重構(gòu)語音質(zhì)量影響的非均衡性.然而,上述兩者排序的結(jié)果往往不同.為此,本文首先依據(jù)MOS-LQO值對(duì)可隱藏位進(jìn)行初步分級(jí),然后根據(jù)SNR值排序結(jié)果對(duì)分級(jí)進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化.

假設(shè)語音幀中以平均MOS-LQO值和平均SNR值分別排序后的隱藏位集合為B1={b1,1,b1,2,…,b1,n}和B2={b2,1,b2,2,…,b2,n},其中n為可隱藏位的總個(gè)數(shù)；記根據(jù)平均MOS-LQO值初步分為x級(jí)后的結(jié)果為c={C1,C2,…,Cx}；記最終的分級(jí)結(jié)果為C={C1,C2,…,Cr},其中Cj={cj,2,cj,1,…,cj,Lj},1≤j≤r,Lj表示集合Cj的長(zhǎng)度,即第j個(gè)可隱藏級(jí)別中LSB的個(gè)數(shù).具體分級(jí)方案如下:

(1)設(shè)定分級(jí)閾值T(在G.729a語音流中可設(shè)置為0.1),對(duì)集合B1進(jìn)行初步分級(jí),令B=B1,初始級(jí)數(shù)J=1:

STEP 1.1:可隱藏位的預(yù)分級(jí).將集合中的第一個(gè)元素分配到子集B1,,其余元素則分配到子集B2中,即B1={b1,1},B2={b1,2,…,b1,n}.

STEP 1.2:細(xì)化分級(jí).計(jì)算集合B1中所有元素的平均MOS-LQO值并記為B,并對(duì)集合B2中的每個(gè)元素依次計(jì)算絕對(duì)值ai=│φi-B│,2≤i≤│B2│+1,│B2│為集合B2中元素的個(gè)數(shù),φi為集合B2中的元素b1,i所對(duì)應(yīng)的MOS-LQO值,并做如下判斷:若ai

STEP 1.3:對(duì)STEP 1.2中的集合B2繼續(xù)分級(jí),即B=B2,執(zhí)行STEP 1.1.

STEP 1.4:重新分配臨界點(diǎn):對(duì)STEP 1.2中提及的所有臨界點(diǎn)進(jìn)行重新分配；將當(dāng)前臨界點(diǎn)Q的MOS-LQO值與下一級(jí)的平均MOS-LQO值之差的絕對(duì)值記為p,若p>T,則將當(dāng)前臨界點(diǎn)分配到下一級(jí)的可隱藏級(jí)別中,若p≤T,則當(dāng)前臨界點(diǎn)仍歸于當(dāng)前可隱藏級(jí)別中.

(2)根據(jù)可隱藏位的平均SNR值對(duì)上述分級(jí)結(jié)果進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化,初始化I=1,J=1,具體步驟如下:

STPE 2.1:確定(1)中的初步分級(jí)結(jié)果的第I個(gè)可隱藏等級(jí)CI中隱藏位的個(gè)數(shù)|CI|；取B2中的前|CI|個(gè)元素構(gòu)成集合B′,做如下判斷:如果CI=B′,記CJ=CI,從B2去除已劃分到CJ的所有元素,當(dāng)還有初步分級(jí)待優(yōu)化,取I=I+1,J=J+1,重復(fù)STPE 2.1；如果CI≠B′且CI∩B′≠?,取CI和B′相同的元素構(gòu)成級(jí)別CJ,并從B2去除已劃分到CJ的所有元素,執(zhí)行STPE 2.2；如果CI∩B′=?,分級(jí)結(jié)束.

STPE 2.2:確定C′=CI-CJ及其包含的元素個(gè)數(shù)|C′|；在B2中取前|C′|個(gè)元素與C′一起構(gòu)成集合C*；在C*中依次測(cè)試選取2到|C*|個(gè)所有元素組合進(jìn)行LSB替換后的平均MOS-LQO值和平均SNR值；取符合MOS-LQO值和SNR值要求(如MOS-LQO>3.5且SNR>7),且元素個(gè)數(shù)最多的組合,構(gòu)成級(jí)別CJ+1,完成分級(jí).

值得注意的是,為保證隱寫操作的實(shí)時(shí)性,上述分級(jí)操作均應(yīng)隱寫前完成,且其結(jié)果為發(fā)送方和接收方所共享.

3 基于可隱藏位分級(jí)的自適應(yīng)隱寫

以上述分級(jí)結(jié)果為依據(jù),本文提出了一種充分利用LSB的冗余差異性的自適應(yīng)隱寫方法.假設(shè)發(fā)送方將發(fā)送LM比特隱秘信息M={mi=0 or 1 |I=1,2,…,LM},用于隱藏M的載體信息集合(本文指載體的所有LSB位)為C={ci=0 or 1|i=1,2,…,LC},其中LC表示集合C的長(zhǎng)度.為了使隱秘信息能夠完全嵌入,LC與LM需滿足:LC≥LM.在嵌入過程中,將載體LSB集合C按上文提出的LSB分級(jí)方案分成r組,即C={C1,C2,…,Cr},其中Cj={cj,1,cj,2,…,cj,Lj},1≤j≤r,Lj表示集合Cj的長(zhǎng)度,即第j個(gè)可隱藏級(jí)別中LSB的個(gè)數(shù).根據(jù)上述符號(hào)定義,嵌入操作步驟為:

STEP1:計(jì)算權(quán)重向量W:記權(quán)重向量W={wi∈[0,1]|i=1,2,…,r},其中,r為可隱藏級(jí)別的總數(shù),wi為第i個(gè)可隱藏級(jí)別的權(quán)重系數(shù),定義為該可隱藏級(jí)別在隱藏過程中需選擇的LSB數(shù)與該級(jí)別中總LSB數(shù)之比,其計(jì)算方式可表述為:

(1)

上式中,x的計(jì)算方式如下:

(2)

其中,α=LM/LC表示隱秘信息長(zhǎng)度LM與載體LSB總個(gè)數(shù)LC的比值,Li為第i個(gè)可隱藏級(jí)別中LSB的個(gè)數(shù).

STEP2:根據(jù)權(quán)重向量W中非零元素的個(gè)數(shù)k,將隱秘信息M分成k組,即M={M1,M2,…,Mk},Mi={mi,1,mi,2,…,mi,li},1≤k≤r,li為每組隱秘信息的長(zhǎng)度且1≤i≤k,其計(jì)算式為li=Li*wi；

隱秘信息的嵌入過程表達(dá)式為:

ψi=(1-vi)·ck,i+vi·mk,t

(4)

(5)

相應(yīng)地,接收方根據(jù)分級(jí)結(jié)果以及事先約定的每幀嵌入隱秘信息M的長(zhǎng)度LM,確定權(quán)重向量W,并計(jì)算W中非零元素的個(gè)數(shù)k；與此同時(shí),根據(jù)事先約定的密鑰產(chǎn)生選擇因子集合V,并可結(jié)合公式(6)提取隱秘信息M.

(6)

4 實(shí)驗(yàn)與分析

本文以VoIP中廣泛使用的ITUG.729a編碼為例對(duì)本文提出的分級(jí)方案和隱寫方法進(jìn)行測(cè)試.然而,需要指出的是,本文提出的方法與具體的編碼器無關(guān),具有良好的普適性.實(shí)驗(yàn)選取了1600個(gè)語音樣本(包括中文男聲,中文女聲,英文男聲和英文女聲)作為載體,對(duì)它們的G.729a編碼版本進(jìn)行分級(jí)實(shí)驗(yàn)和相關(guān)隱寫操作.

4.1 G.729a編碼語音幀的LSB分級(jí)特性

根據(jù)上文所述的LSB分級(jí)方法,G.729a語音幀的LSB可分成3個(gè)可隱藏等級(jí),如表2所示.第一級(jí)為最優(yōu)的可隱藏級(jí)別,包含7個(gè)LSB；第二級(jí)次之,包含3個(gè)LSB；第三級(jí)包含2個(gè)LSB.

表2 G.729a語音幀的可隱藏位分級(jí)

為了評(píng)估每個(gè)可隱藏等級(jí)的可隱藏性能,對(duì)各可隱藏等級(jí)分別進(jìn)行LSB替換測(cè)試:以第i級(jí)的k個(gè)可隱藏位為載體,測(cè)試隱藏容量為x比特/幀的所有組合的LSB替換(1≤i≤3,x=2,3,4,…,k,k表示第i級(jí)的所有可隱藏位數(shù)).對(duì)第1級(jí)、第2級(jí)、第3級(jí)進(jìn)行LSB替換測(cè)試的MOS-LQO及SNR結(jié)果,分別如圖1、2、3和4所示.從圖中可看出,(1)在不同級(jí)別選取相同載體數(shù)進(jìn)行LSB替換所得的平均MOS-LQO值和平均SNR值不同；隱藏級(jí)別越低的其平均MOS-LQO值以及平均SNR值越低,說明了經(jīng)過分級(jí)之后,不同級(jí)別的可隱藏性能不一樣,選取不同級(jí)別的可隱藏位作為載體進(jìn)行的LSB替換所得的語音質(zhì)量也不同,驗(yàn)證了對(duì)可隱藏位分級(jí)的必要性；(2)在同一級(jí)別中,對(duì)于隱藏容量相同的所有組合的LSB替換,它們的平均MOS-LQO值以及平均SNR相差非常小,說明了在同一可隱藏級(jí)別中,對(duì)給定隱藏容量可隨機(jī)選擇相同數(shù)目的載體.

為了進(jìn)一步驗(yàn)證隱藏等級(jí)高的可隱藏位的性能優(yōu)于隱藏級(jí)別低的可隱藏位的性能,我們做了如下測(cè)試:在相同隱藏容量的前提下,分別從{一個(gè)可隱藏等級(jí)}、{兩個(gè)可隱藏等級(jí)}、{三個(gè)可隱藏等級(jí)}這三組中隨機(jī)選擇載體進(jìn)行LSB替換.圖5和圖6所示的是以上三組LSB替換的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.從圖5可看出,在具有相同隱藏容量選擇不同可隱藏等級(jí)的載體的情況下:選擇第1級(jí)的可隱藏位作為載體的平均MOS-LQO值會(huì)高于從第1,2級(jí)和第1,3級(jí)中隨機(jī)選擇的可隱藏位作為載體的平均MOS-LQO值；而從第1,2,3級(jí)中隨機(jī)選擇的可隱藏位作為載體一組的平均MOS-LQO值則最低.這說明了分別對(duì)以上三組載體進(jìn)行LSB替換后的載密語音的語音質(zhì)量是依次降低的.同樣,由圖6也可看出,采用信噪比測(cè)試的結(jié)果與MOS-LQO的結(jié)論相近,因此,進(jìn)一步驗(yàn)證了對(duì)可隱藏位的分級(jí)可提高隱寫過程的不可感知性,增強(qiáng)隱蔽通信的安全性.

4.2 隱寫性能

為了驗(yàn)證所提出的自適應(yīng)分級(jí)隱寫方法的有效性,以隨機(jī)生成的二進(jìn)制序列作為隱秘信息,將所提方法與以下六組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行比較:(1)選擇Su等人分析所得的固定碼書索引參數(shù)作為載體進(jìn)行LSB替換[16]；(2)選擇三個(gè)可隱藏級(jí)別中所有可隱藏位作為載體進(jìn)行隨機(jī)的LSB替換(共12 比特,記m=12)；(3)選擇按MOS-LQO 排序前12 位可隱藏位作為載體進(jìn)行隨機(jī)的LSB 替換(共12 比特,記m=12[MOS-LQO])；(4)選擇各比特置反后SNR 大于7 的位作為載體進(jìn)行隨機(jī)的LSB 替換(共26 比特,記m=26[SNR])；(5)選擇按MOS-LQO 排序前26 位可隱藏位作為載體進(jìn)行隨機(jī)的LSB 替換(記m=26[MOS-LQO])；(6)選擇各比特置反后MOS-LQO大于3.5的位作為載體進(jìn)行隨機(jī)的LSB 替換(共40 比特,記m=40).

以上七組實(shí)驗(yàn)中隱藏容量分別從1比特/幀到12比特/幀的平均MOS-LQO值及平均SNR 比較結(jié)果,分別如圖7、8所示.根據(jù)圖7、8容易得知,在相同隱藏容量的前提下,本節(jié)所提出的自適應(yīng)分級(jí)隱寫方法的平均MOS-LQO值以及平均SNR明顯優(yōu)于其他6組,這說明了所提出的隱寫方法對(duì)載體語音質(zhì)量的失真影響較小,嵌入隱秘信息后的載密語音質(zhì)量良好,即具有較高的不可感知性.此外,由圖中可看出,對(duì)于不同的隱藏容量,采用自適應(yīng)的分級(jí)隱寫方法的語音質(zhì)量不等,因此,在實(shí)際應(yīng)用中,用戶可根據(jù)實(shí)際需求通過合理的選取載體向量長(zhǎng)度以自適應(yīng)調(diào)整不可感知性和隱藏容量間的較佳平衡.

5 結(jié)論與未來的工作

基于IP語音的隱寫是當(dāng)前信息隱藏研究的一個(gè)熱點(diǎn).然而,現(xiàn)有研究均將可隱藏位置一視同仁地對(duì)待,忽略了其差異性.本文首先通過性能量化的方式,對(duì)載體隱藏位置的非均衡性進(jìn)行了分析；進(jìn)而給出了一種可隱藏位的分級(jí)方法；并以此為基礎(chǔ),提出了一種基于分級(jí)的自適應(yīng)隱寫方法.本文代表性地選擇廣泛使用的G.729a為編碼器,以大量的語音樣本為載體,對(duì)本文提出的分級(jí)方案和隱寫算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測(cè)試.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,通過對(duì)載體LSB進(jìn)行分級(jí)可明顯提高嵌入隱密信息后的載體語音質(zhì)量,從而提高載密語音的不可感知性；并且與目前較流行的隨機(jī)LSB替換相比,在相同的隱藏容量的前提下,本文算法的不可感知性明顯優(yōu)于隨機(jī)LSB替換方法.

本文是對(duì)于分級(jí)隱寫的一次初步嘗試,盡管獲得了一些有益的結(jié)果,但后續(xù)仍有許多工作值得深入,如進(jìn)一步研究載體分級(jí)的相關(guān)理論基礎(chǔ)和方法,將分級(jí)思想與隱寫編碼理論相結(jié)合探索具有更好性能的隱寫方法,以及分析分級(jí)隱寫的抗隱寫分析性能等.

[1]Mazurczyk W.VoIP Steganography and its detection:a survey [J].ACM Computing Survey,2013,2(46):20.

[2]Huang Y,Yuan J,Chen M,Xiao B.Key distribution over the covert communication based on VoIP[J].Chinese Journal of Electronics,2011,20(2):357-360

[3]鐘巍,孔祥維,尤新剛,王波.基于態(tài)函數(shù)的離散分?jǐn)?shù)余弦倒譜變換在取證話音信息隱藏中的應(yīng)用[J].電子學(xué)報(bào),2012,40(3):595-599.

Zhong W,Kong X,You X,Wang B.Forensic speech information hiding using fractional cosine-cepstrum transform [J].Acta Electronica Sinica,2012,40(3):595-599.(in Chinese)

[4]楊婉霞,余暉,胡萍.在壓縮語音編碼中集成信息隱藏方法研究[J].電子學(xué)報(bào),2014,42(7):1305-1310.

Yang W,Yu H,Hu P.Research on steganographic method integrated in the compressed speech codec[J].Acta Electronica Sinica,2014,42(7):1305-1310.(in Chinese)

[5]Kratzer C,Dittmann J,Vogel T,et al.Design and evaluation of steganography for voice-over-IP [A].Proceedings of the 19th IEEE International Symposium on Circuits and Systems[C].Kos,Greece:IEEE,2006.2397-2340.

[6]Tian H,Zhou K,Jiang H,et al.An m-sequence based steganography model for voice over IP [A].Proceedings of the 44th IEEE International Conference on Communications[C].Dresden,Germany:IEEE,2009.1-5.

[7]Huang Y,Xiao B,Xiao H.Implementation of covert communication based on steganography [A].Proceedings of the 4th International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing[C].Harbin,China:IEEE,2008.1512-1515.

[8]Tian H,Zhou K,Jiang H,et al.Digital Logic based encoding strategies for steganography on Voice-over-IP [A].Proceedings of the 17th ACM Multimedia Conference[C].Beijing,China:ACM,2009.777-780.

[9]Tian H,Jiang H,Zhou K,et al.Adaptive partial-matching steganography for voice over IP using triple M sequences [J].Computer Communications,2011,34(18):2236-2247.

[10]Liu J,Zhou K,Tian H.Least-significant-digit steganography in low bitrate speech [A].Proceedings of the 47th IEEE International Conference on Communications[C].Ottawa,Canada:IEEE,2012.1-5.

[11]Tian H,Zhou K,Feng D.Dynamic matrix encoding strategy for voice-over-IP steganography [J].Journal of Central South University of Technology,2010,17(6):1285-1292.

[12]Tian H,Jiang H,Zhou K,et al.Transparency-orientated encoding strategies for voice-over-IP steganography [J].The Computer Journal,2012,55(6):702-716.

[13]Wu Z J,Cao H J,Li D Z.An approach of steganography in G.729 bitstream based on matrix coding and interleaving [J].Chinese Journal of Electronics,2015,24(1):157-165.

[14]Tian H,Qin J,Huang Y,et al.Optimal matrix embedding for Voice-over-IP steganography [J].Signal Processing,2015,117:33-43.

[15]ITU-T Recommendation P.862.Perceptual evaluation of speech quality (PESQ):an objective method for end-to-end speech quality assessment of narrow-band telephone networks and speech codecs [S].2001.

[16]Su Y,Huang Y,et al.Steganography-oriented noisy resistance model of G.729a [A].Proceedings of IMACS Multi-conference on Computational Engineering in Systems Applications[C].Beijing,China:IEEE,2006.11-15.

田 暉 男,1982年生于湖北赤壁,博士,現(xiàn)為華僑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院副教授.研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)與信息安全,多媒體內(nèi)容安全等.

E-mail:htian@hqu.edu.cn

郭舒婷 女,1989年生于福建漳州.華僑大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院碩士研究生.研究方向?yàn)槎嗝襟w內(nèi)容安全,信息隱藏等.

Adaptive Voice-over-IP Steganography Based on Quantitative Performance Ranking

TIAN Hui1,GUO Shu-ting1,QIN Jie1,HUANG Yong-feng2,CHEN Yong-hong1,LU Jing3

(1.CollegeofComputerScienceandTechnology,HuaqiaoUniversity,Xiamen,Fujian361021,China; 2.DepartmentofElectronicEngineering,TsinghuaUniversity,Beijing100084,China; 3.NetworkTechnologyCenter,HuaqiaoUniversity,Xiamen,Fujian361021,China)

In this paper,we first analyze the unequal impacts of various cover bits on the quality of decoded speech for parameter codecs,and further design a ranking scheme for available cover bits to utilize the cover fully.Moreover,we present an adaptive VoIP steganography based upon the performance ranking of cover bits,which can adaptively choose the optimal steganographic positions to enhance the imperceptibility of covert communications.The proposed methods are evaluated and tested with a large number of speech samples as the cover.The experimental results show that the proposed ranking scheme is sound and feasible,and the presented steganogaphic method also outperforms the existing ones.

steganography;voice over IP(VoIP);information hiding;performance ranking

2015-10-18;

2016-04-20;責(zé)任編輯:藍(lán)紅杰

國(guó)家自然科學(xué)基金(No.61302094,No.U1536115,No.U1405254)；福建省自然科學(xué)基金(No.2014J01238)；福建省高校杰出青年科研人才培育計(jì)劃(No.MJK2015-54)；福建省教育廳中青年教師教育科研項(xiàng)目(No.JA13012)；國(guó)家留學(xué)基金項(xiàng)目(No.201507540001)；華僑大學(xué)中青年教師科研提升資助計(jì)劃(No.ZQN-PY115)；華僑大學(xué)科技創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)和領(lǐng)軍人才支持計(jì)劃(No.2014KJTD13)

TP 309

A

0372-2112 (2016)11-2735-07

??學(xué)報(bào)URL:http://www.ejournal.org.cn

10.3969/j.issn.0372-2112.2016.11.024