一种基于G.723.1静音检测技术的信息隐藏方法

一、技术领域

本发明属于数据隐秘传输技术领域，具体涉及一种基于G.723.1静音检测技术的信息隐藏方法，利用G.723.1协议的静音检测技术(VAD，voice activity detection)，将需要隐秘传输的数据信息隐藏在编码输出的非编码数据帧内与对方进行交互，实现了无损信息隐藏，并且隐藏在语音中的信息码率很高。由于其隐秘性和快速性，本信息隐藏方法可应用于多种数据的隐秘传输，如文本文件、图片、音乐等等。

二、背景技术

信息隐藏是一种新的信息安全技术，近年来得到了迅速的发展。可广泛应用于数字信息的版权保护、认证、机密信息的隐秘传输等领域。隐秘传输是指采用信息隐藏技术将机密信息隐藏在普通多媒体信息中不易被感知的部位，进行传输，具有较好的隐蔽性和安全性，可用于军事保密通信等领域。保密通信过程中的密钥更新也是信息隐藏的一个重要应用。

目前，大多数信息隐藏方法是有损的。其原理是将待嵌入的机密信息嵌入到宿主数据中，这需占用宿主数据的有效数据位，势必后造成原宿主数据的信息损失。一般考虑选择宿主数据中重要性较弱的位置进行处理，例如较常用的最低位(LSB)嵌入方法、奇偶调制嵌入方法等等。比如2007年21期《计算机工程》上发表的《语音混沌保密通信系统中的信息隐藏》一文中提到：语音使用G.723.1编码后，将秘密信息隐藏在语音帧的最低有效位，即线形预测索引的最低位。此类方法存在两个缺点：一是会影响接收方得到的语音质量；二是嵌入式的有效位数有限，也使得的嵌入数据量有限和传输速率不高。

G.723.1协议是ITU提出的一种双速率语音编码建议，高低两种速率分别是6.3kbps和5.3kbps，适用于低速率多媒体服务中语音或音频信号压缩。作为语音编码建议算法之一，属于完整的H.324系列标准中的一部分，在IP电话网络等领域内被广泛用来实现语音实时编解码处理，支持静音检测技术。

静音检测(VAD)的目的是从声音信号流里识别和消除长时间的静音期，用户打电话时，并不是总在占用通话信道。根据传统电话业务的统计，一方用户实际占用通话信道的时间不会超过整个通话时间的40％。

在用户没有讲话时，就没有语音数据的发送，从而可以进一步降低语音比特率。当用户的语音信号能量低于一定门限值时就认为是静默状态，也不发送语音数据。当检测到突发的活动声音时才生成语音信号，并加以传输。

因此，只要使用支持静音检测的编码方式，就可利用静音状态下无比特传输的空隙，传输其他数据，并将数据其封装成语音数据格式，以免被察觉。这样就实现了无损的信息隐藏，并且由于此种信息隐藏方法的传输速率较高，有很好的实用性。

三、发明内容

本发明的目的是：提出一种基于G.723.1静音检测技术的信息隐藏方法。本发明采用G.723.1协议的静音检测技术，分析了G.723.1音频压缩数据的帧类型，提出了一种高速无损的信息隐藏方法，实现数据嵌入和提取，这一方法可以应用于通话过程中在同一信道上其他数据(如文本文件、图片、音乐等)的同时传输。

本发明的技术方案是：本发明提出的一种基于G.723.1静音检测技术的信息隐藏方法，是利用G.723.1协议的静音检测技术，在通话过程中，将其他信息隐藏在非编码数据帧(包括静音帧和未传输静音激励帧)的空闲位中。

图1给出了本发明的功能实现结构图，本发明具体实现步骤是：

(1)对模拟语音信号进行8kHz*16bit(常用的采样率，也可以采用其它采样率)采样，采样结果作为G.723.1编码器的输入；

(2)由于G.723.1编码器支持静音检测技术，因此其输出分为两大类：当有有效语音数据时，输出为编码数据帧(Active Frame)，无有效语音数据时(即静默状态)，输出为非编码数据帧，包括静音信息描述帧(SID frame)和未传输静音激励帧(Untransmitted Frame)；由于非编码数据帧的有效数据远少于编码数据帧，因此在静默状态时信道上会出现无比特流传输的空隙，这个空隙就可用来传输其他数据，如文本文件、图片、音乐等等；具体隐藏方法会在下面详细叙述。

(3)接收方收到数据后，判断帧类型，若为编码数据帧，则直接送入G.723.1解码器解码；若为非编码帧，则将隐藏其中的信息取出，再将语音数据送入G.723.1解码器解码。

信息隐藏具体方式

G.723.1协议编码器输出分为编码数据帧和非编码数据帧两，后者的有效数据远少于前者，因此在静默状态时信道上会出现无比特流传输的空隙，本发明利用这些空隙中以实现信息隐藏传输。具体隐藏方式可参见图2，具体是：

以G.723.1协议6.3kbps算法为例，若以字节(Byte)为单位，则编码数据帧大小为24Byte；静音信息描述帧大小为4Byte；未传输静音激励帧大小1Byte。因此在静默状态下，若为静音信息描述帧，则信道上会出现20Byte的空隙；若为未传输静音激励帧，则信道上会出现23Byte的空隙。

在空隙中隐藏的具体格式是：以静音信息描述帧为例，共有20Byte/帧的空隙，则其中首个字节作为信息隐藏的标志位及长度，其中最高位为标志位(Flag)，低七位为信息长度(Length)。

Flag＝0，表示此帧中无信息隐藏；Flag＝1，表示此帧中有信息隐藏；Length表示此帧中隐藏信息的字节数。静音信息描述帧最多可隐藏信息19Byte/帧，未传输静音激励帧最多可隐藏信息22Byte/帧。

本发明与现有技术相比所具有的有益效果：

(1)利用信道无比特传输的空隙隐藏信息，对原始语音数据完全无损，对语音通信不造成任何影响。

(2)根据传统电话业务的统计，一方用户实际占用通话信道的时间不会超过整个通话时间的40％，即有大量静默状态。这样的语音经支持静音检测技术的编码器后，可用于隐藏信息的非编码数据帧约占总编码数出的60％，本发明提出的基于静音检测技术的信息隐藏方法传输速率很高。经测算，使用G.723.1协议6.3kbps算法编码，使用本发明提出的方法，隐藏在语音中的信息码率正常情况下为2.9kbps，最高可达5.4kbps。

(3)本发明方法灵活，可推广到任何支持静音检测技术的编码方式，实用性强。

(4)G.723.1作为多媒体通信协议H.323的音频编解码器，H.323已广泛应用于视频会议系统，其中包括的电子白板和文件传输功能，就可通过本发明提出的信息隐藏方法实现，可节约资源。

四、附图说明

图1功能实现结构图

图26.3kbps算法的帧结构描述

图3系统实现原理图

图4G.723.1协议的6.3kbps编码参数顺序图

图5文件信息隐藏方式描述

图6文件传输过程隐藏内容描述