本方案中設(shè)計的通信系統(tǒng)中所提出的窄帶語音隱藏技術(shù)，克服了常規(guī)掩護語音媒體數(shù)據(jù)量大，不適合窄帶傳輸，尤其在網(wǎng)絡(luò)上傳輸此類格式的語音容易遭到攻擊者懷疑的缺點?；诘捅忍亓餮谧o語音（G.729）的隱藏算法，使得隱藏系統(tǒng)的應(yīng)用環(huán)境更加廣泛。
0 引言
隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)信息安全問題日益突出。IP網(wǎng)絡(luò)的開放性在給人們帶來方便的同時，也給網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒘粝铝税踩[患。敵對勢力可以很容易地進行搭線竊聽、網(wǎng)絡(luò)抓包、假冒和篡改等活動，給網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)拿孛苄畔砹藝乐赝{。傳統(tǒng)的信息安全手段是利用密碼技術(shù)對明文實施各種變換，使它不為外人所理解。但這種加密的手段在保護秘密信息的同時也暴露了秘密消息傳輸?shù)拇嬖?，容易引起攻擊者的注意。攻擊者即使不能破譯該密碼，也可以采用篡改、替換或發(fā)送假消息等手段來破壞該信息的傳輸。
在現(xiàn)代信息戰(zhàn)條件下，傳統(tǒng)通信方式的安全保密性也勢必產(chǎn)生深刻變革，這樣才能抵抗敵方的信息進攻，提高對抗中的抗截獲、抗干擾能力，保證數(shù)據(jù)的安全傳輸。為了有效地對抗各種攻擊，尤其是軍隊，必須要研究數(shù)據(jù)安全保密通信的新方法。信息隱藏技術(shù)就是為解決此類問題應(yīng)運而生的重要研究方向。信息隱藏技術(shù)的出現(xiàn)有效地提高了信息安全性，以圖像、視頻、音頻等媒體作為掩護載體進行秘密信息的安全傳輸是目前信息隱藏常用的方法。目前不管是民用還是軍用網(wǎng)絡(luò)，絕大部分都是以IP網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)。人們之間的語音通信方式漸漸的以傳統(tǒng)電話向網(wǎng)絡(luò)電話轉(zhuǎn)移，現(xiàn)在無論是個人，還是企業(yè)，越來越喜歡采用IP 電話，網(wǎng)絡(luò)聊天等手段通信，如通過VoIP、SKYPE、MSN 或者QQ 進行語音通信。
此類語音都屬于高壓縮，低比特率的信號，以最常用的壓縮語音號作為掩護載體進行隱蔽通信可以降低攻擊者的懷疑度，但是壓縮信號又給隱藏帶來難度。本文研究基于低比特率的G.729壓縮語音流信息隱藏算法，設(shè)計IP網(wǎng)絡(luò)語音隱蔽通信系統(tǒng)。
基于音頻信號的信息隱藏技術(shù)已被國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究，其主要集中在WAV、MP3等音頻格式上嵌入秘密信息。有人提出把秘密信息隱藏在GSM網(wǎng)絡(luò)的壓縮語音流的隱蔽通信算法。也有人提出了在PSTN網(wǎng)絡(luò)中傳輸嵌有水印的G.729語音流，并提出把此述方案轉(zhuǎn)移至IP網(wǎng)中的應(yīng)用思想。還有人給出了基于流媒體的隱蔽通信機制。本文利用信息隱藏的手段，提出了一種新的基于IP 網(wǎng)的壓縮語音隱蔽通信系統(tǒng)解決方案，滿足IP網(wǎng)絡(luò)對于保密通信傳輸技術(shù)的需求，針對IP網(wǎng)的傳輸特點進行了相應(yīng)設(shè)計，使得系統(tǒng)能夠更好地適應(yīng)IP網(wǎng)絡(luò)中的傳輸環(huán)境。系統(tǒng)能夠在Internet網(wǎng)、軍事信息網(wǎng)以及將來的軍事野戰(zhàn)網(wǎng)上運行，從而大大提高數(shù)據(jù)通信的安全性和隱蔽性。
1 技術(shù)原理及實現(xiàn)方案
IP 網(wǎng)上的通信語音多采用高效壓縮算法，例如G.711，G.723，G.726，G.729 等，語音流速率太高對網(wǎng)絡(luò)帶寬要求太高，所以多采用低比特率的壓縮語音流。本系統(tǒng)選擇8 Kb/s 的G.729 語音壓縮算法對載體語音壓縮，在壓縮數(shù)據(jù)流中嵌入秘密信息。含密語音流保持8 Kb/s 的速率不變，使得系統(tǒng)不僅在高速的局域網(wǎng)，Internet 網(wǎng)和軍事信息網(wǎng)上運行，也能夠在中低速的IP網(wǎng)上運行，比如手機無線數(shù)據(jù)網(wǎng)、軍事野戰(zhàn)網(wǎng)等環(huán)境。
1.1 G.729語音壓縮算法
G.729是ITU.T于1996年公布的8 Kb/s語音編碼方案，它使用了當今語音壓縮編碼的各種先進技術(shù)，達到了長途電話音質(zhì)，已廣泛地應(yīng)用于個人通信和衛(wèi)星系統(tǒng)中。被8 kHz采樣，量化成16 b線性PCM數(shù)字信號輸入到編碼器。該編碼器是基于線性預(yù)測分析合成技術(shù)，以盡量減少實際語音與合成語音之間經(jīng)聽覺加權(quán)后差分信號的能量為準則來進行編碼。
編碼器（見圖1）對10 ms長的語音幀進行處理，每幀分為兩個子幀。每幀進行一次線性預(yù)測（LP）分析，并將LPC參數(shù)轉(zhuǎn)換到線譜，對LSP形式進行預(yù)測式二階段矢量量化（VQ）。然后使用分析合成法，提取激勵參數(shù)。激勵參數(shù)（包括固定碼本和自適應(yīng)碼本參數(shù)）要每子幀（5 ms）計算一次。每幀要利用感覺加權(quán)語音進行一次開環(huán)整數(shù)基值基音延時估計，然后進行閉環(huán)的分數(shù)值基音分析，確定自適應(yīng)碼本的延時和增益，下面再進行固定碼本的搜索。自適應(yīng)碼本和固定碼本的增益使用預(yù)測式二階段共軛結(jié)構(gòu)碼本進行矢量量化。參考G.729 音頻標準ITU RecommendaTIon G.729，得到編碼參數(shù)的比特分配見表1.
在G.729 解碼器端（見圖2），先要從接收到的碼流中提取LSP系數(shù)和兩個分數(shù)基音延時、兩個固定碼本矢量以及兩套自適應(yīng)碼本和固定碼本增益等參數(shù)。然后，對LSP參數(shù)進行插值，并轉(zhuǎn)換到線性預(yù)測濾波器系數(shù)的形式。接下來，將自適應(yīng)碼本和固定碼本矢量分別乘以各自的增益再相加，得到激勵信號。激勵信號通過LPC綜合濾波器后，就得到了合成語音信號。最后還要對合成語音信號進行后處理，以提高合成語音的質(zhì)量。
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