基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法

本发明涉及时域音频隐写，具体涉及一种基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法。

背景技术：

1、随着近年来计算机和电子技术的快速发展，wav格式的高质量无损音频(时域音频)在互联网上被广泛传播和分享。以此为载体的时域音频隐写(audio steganography intemporal domain，astd)技术就是将秘密信息以某种方式嵌入到时域音频中，同时不引起监控方的怀疑。目前主流且实用的时域音频隐写方案都是基于最小失真嵌入框架的设计的，该框架主要包括隐写编码和失真代价函数设计两部分，而随着高效且实用的stc、spc等隐写编码的提出，现阶段该框架下的研究重点都集中在了隐写失真代价函数的设计上。

2、在该框架下，有学者提出了基于导数滤波残差失真代价的时域音频隐写方法dfr。据公开报道，dfr是目前安全性能最好的时域音频隐写算法，具体来说，dfr在现有复杂度优先准则的指导下，引入了导数滤波残差来刻画载体的复杂度从而构建了相应的隐写失真代价函数。然而，这种方法的隐写安全性能通常在很大程度上取决于用来获取残差的滤波器的选取，不同的滤波器最终得到的隐写安全性能可能会有较大的差异，因此该方法的性能并不稳定；其次，尽管dfr方法中的大幅值优先(laf)准则可以防止微小幅值采样点的修改，但它在一定程度上会与内容自适应隐写的复杂度优先准则相冲突，使得原本适合嵌入的高复杂度的低幅值(非微小幅值)采样点较少被修改，而原本不适合嵌入的低复杂度的高幅值采样点则较多被修改，从而可能引起隐写安全性能的急剧下降。

技术实现思路

1、为了克服现有时域音频隐写算法dfr在其隐写失真代价函数设计中存在的缺陷和不足，本发明提供一种基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法，用载体的内在能量来刻画载体复杂度，将微幅值抑制准则应用于复杂度优先准则之后，再把微小幅值采样点设置为“湿点”，致力于精准地预防微小幅值采样点被修改，同时还不影响其它幅值采样点的嵌入修改，这使得由本发明得到的载密音频更难被隐写分析器检测出来，进而提高了本发明的隐写安全性。

2、本发明的第二目的在于提供一种基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写系统；

3、本发明的第三目的在于提供一种计算机可读存储介质；

4、本发明的第四目的在于提供一种计算机设备。

5、为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

6、本发明提供一种基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法，包括下述步骤：

7、获取载体音频，对载体音频进行切分预处理，将载体音频切割成设定长度的音频片段；

8、根据音频片段的数量将待嵌入的秘密信息比特进行等分切片，得到秘密信息比特片段；

9、基于复杂度优先准则，构建基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数，将基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数与微幅值抑制修改的失真代价设计准则相结合，得到最终的隐写失真代价函数；

10、计算每个音频片段的隐写失真代价，基于最小失真隐写框架的stc隐写编码方法将秘密信息比特片段嵌入每个音频片段，得到多个载密音频片段；

11、将所有的载密音频片段拼接得到最终的载密音频。

12、作为优选的技术方案，构建基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数，具体包括：

13、获取局部载体音频信号，基于频谱变换得到不同的载体音频频率成分；

14、不同的载体音频频率成分设置不同的权重，所述权重设置指数调整系数，计算局部载体音频信号用于隐写的内在能量；

15、将局部载体音频信号用于隐写的内在能量作为局部载体音频信号的中心点的复杂度指标，载体音频的隐写失真代价与复杂度成反比，构建得到基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数。

16、作为优选的技术方案，所述获取局部载体音频信号，采用设置滑动窗口截取或使用镜像填充获取局部载体音频信号。

17、作为优选的技术方案，所述频谱变换采用离散余弦变换、离散傅里叶变换或离散小波变换中的任意一种。

18、作为优选的技术方案，构建基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数，具体表示为：

19、

20、

21、其中，ρc表示局部载体音频信号的中心点的失真代价，λ表示用于防止ρc过小的平衡常数，ε表示稳定常数，n表示不同的载体音频频率成分的个数，fi表示第i个载体音频频率成分的幅值，wi表示第i个载体音频频率成分对应的权重，p表示指数调整系数，表示局部载体音频信号xl用于隐写的内在能量；计算音频的内在隐写能量时，排除直流频率成分的影响，即舍弃f1。

22、作为优选的技术方案，指数调整系数表示为：

23、

24、

25、其中，psehf表示每个载体中高频分量所占的能量百分比，k表示高频成分的选取阈值，k≥2，是每个载体中所有载体音频频率成分的平均幅值。

26、作为优选的技术方案，将基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数与微幅值抑制修改的失真代价设计准则相结合，得到最终的隐写失真代价函数，具体表示为：

27、

28、其中，|xc|为局部载体音频信号的中心点xc的幅值，t为被抑制修改的采样点的幅值阈值，ψ为微幅值抑制准则下湿点的失真代价，wi表示第i个载体音频频率成分对应的权重，p表示指数调整系数，n表示不同的载体音频频率成分的个数，ε表示稳定常数，ρc表示局部载体音频信号的中心点的失真代价。

29、为了达到上述第二目的，本发明采用以下技术方案：

30、本发明提供一种基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写系统，包括：载体音频获取模块、载体音频预处理模块、秘密信息比特预处理模块、隐写失真代价函数构建模块、隐写失真代价计算模块、隐写编码模块、音频拼接模块；

31、所述载体音频获取模块用于获取载体音频；

32、所述载体音频预处理模块用于对载体音频进行切分预处理，将载体音频切割成设定长度的音频片段；

33、所述秘密信息比特预处理模块用于根据音频片段的数量将待嵌入的秘密信息比特进行等分切片，得到秘密信息比特片段；

34、所述隐写失真代价函数构建模块用于基于复杂度优先准则，构建基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数，将基于广义音频内在能量的隐写失真代价函数与微幅值抑制修改的失真代价设计准则相结合，得到最终的隐写失真代价函数；

35、所述隐写失真代价计算模块用于计算每个音频片段的隐写失真代价；

36、所述隐写编码模块用于基于最小失真隐写框架的stc隐写编码方法将秘密信息比特片段嵌入每个音频片段，得到多个载密音频片段；

37、所述音频拼接模块用于将所有的载密音频片段拼接得到最终的载密音频。

38、为了达到上述第三目的，本发明采用以下技术方案：

39、一种计算机可读存储介质，存储有程序，所述程序被处理器执行时实现如上述基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法。

40、为了达到上述第四目的，本发明采用以下技术方案：

41、一种计算机设备，包括处理器和用于存储处理器可执行程序的存储器，所述处理器执行存储器存储的程序时，实现如上述基于广义音频内在能量和微幅值抑制修改的时域音频隐写方法。

42、本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

43、(1)现有dfr法使用导数滤波残差来刻画载体的复杂度并构建其隐写失真代价函数，这种方法下的隐写安全性能通常在很大程度上取决于高效滤波器的选择，而本发明舍弃了用载体信号残差来表征载体复杂度的思路，用载体的内在能量来刻画载体复杂度，并基于此设计了一个新的隐写失真代价函数，这使得算法在应用时省去了精心挑选高效滤波器的麻烦，进而为本发明带来了更优且更稳定的隐写安全性。

44、(2)现有dfr方法中提出的大幅值优先准则可以在一定程度上防止微小幅值采样点的修改，但它在一定程度上会与内容自适应隐写的复杂度优先准则相冲突，而本发明提出了微幅值抑制准则，将其应用于复杂度优先准则之后，再把微小幅值采样点设置为“湿点”，致力于精准地预防微小幅值采样点被修改，同时还不影响其它幅值采样点的嵌入修改，这使得由本发明得到的载密音频更难被隐写分析器检测出来，进而提高了本发明的隐写安全性，具有隐写安全性更高、载密音频质量更好的优点。

45、(3)本发明在载密音频的安全性和音频质量方面都超越了目前最先进的同类算法，取得了更优的性能，具有更好的隐写不可感知性。