[发明专利]动态码本基于完全二叉树分组的语音信息隐藏算法

权利要求书

1.基于VoIP(Voice over Internet Protocol)中广泛使用的iLBC(Internet Low Bit Rate Codec)编码器的研究，提出动态码本基于完全二叉树分组的语音信息隐藏算法，其特征在于：

是通过以下步骤实现的：

(1)生成iLBC编码中动态码本；

(2)构建完全二叉树；

(3)嵌入隐秘信息；

(4)提取隐秘信息。

2.根据权利要求1所述的动态码本基于完全二叉树分组的语音信息隐藏算法，其特征在于：

其中：步骤(1)是对完成初始状态编码的编码数据进行解码，依据解码出的LPC(Linear Predictive Coding)激励信号填充码本内存，长度为85或147，每编码下一子帧时码本内存中的数据都在动态变化，由此生成iLBC编码中的动态码本；

步骤(2)构建完全二叉树，利用二叉树的线性和链式存储结构，以完全二叉树的根节点0为界，将码本矢量按照规则存放到二叉树的结点中，依据二叉树子树互不相交原理实现动态码本的分组；为了增强算法的抗隐写分析能力，丰富码本的排列方式，可以对码字矢量倒置排放，因此动态码本可分为正序分组和倒序分组；

步骤(3)在嵌入隐秘信息的过程中，由控制信息位确定码字矢量的排列方式，选定搜索固定码本时产生的最佳码字索引为控制信息位，根据控制信息位的模2值选定码字矢量生成二叉树的方式，隐秘信息的嵌入具体需要以下九个过程；

①隐秘信息加密：对明文隐秘信息S＝{b₁，b₂，......，b_n}做加密处理，得到密文E＝{e₁，e₂，......，e_n}，以加强隐蔽通信的安全性；

②载体分帧：根据iLBC编码标准，输入信号分为20ms帧或30ms帧，以下步骤均以30ms帧为例，假定输入信号有N帧，F＝{f_i|i＝0......N}，f_i表示第i帧；

③选择初始状态并编码，归一化残差信号；

④构建动态码本：语音流F中的第i帧f_i除去初始状态外有5个子帧，即f_i＝{f_i¹，f_i²，f_i³，f_i⁴，f_i⁵}，依据码本内存，形成动态码本CB_i＝{CB_i¹，CB_i²，CB_i³，CB_i⁴，CB_i⁵}，其中CB_i表示第i个语音帧的动态码本，CB_i^K表示第i个语音帧中第K个子帧的动态码本；

⑤根据控制信息位构造完全二叉树T：如果控制信息位满足index mod 2＝0，则以正序方式构造完全二叉树，如果控制信息位满足index mod 2＝1，则以倒序方式构造二叉树；动态码本CB_i^K变为CB_i^K＝{CB_i^K，L，CB_i^K，R，0}＝T，其中CB_i^K，L表示完全二叉树T中左子树T₁上的动态码本，CB_i^K，R表示完全二叉树T中右子树T₂上的动态码本；

⑥隐秘信息嵌入：根据加密后的隐秘信息E＝{e₁，e₂，......，e_n}中e_i的值选择对应的码本进行搜索：

BWiK∈CBiK,L,ei=0BWiK∈CBiK,R,ei=1]]>

如果隐秘信息e_i＝0，则在二叉树的左子树构成的码本组CB_i^K，L中搜索最优匹配码本矢量，如果e_i＝1，则在二叉树的右子树构成的码本组CB_i^K，R中搜索最优匹配码本矢量；在对应的码本中，用目标矢量和码本矢量做最优匹配，找到最佳索引号和最优增益并进行量化，完成当前子帧的信息嵌入后，更新目标矢量，同时隐秘信息后移一位，更新为e_i+1；

⑦第二级码本搜索，重复步骤④、步骤⑤和步骤⑥；

⑧第三级码本搜索，重复步骤④、步骤⑤和步骤⑥；

⑨若隐秘信息嵌入完毕，则剩余载体进行标准iLBC编码，否则，返回步骤③；

步骤(4)是接收端在接收到包含隐秘信息的iLBC数据包后对其解析，提取出相关编码参数，重构初始状态并根据固定码本最佳索引值判断完全二叉树的构造方式，然后构建码本内存，根据码本内存构建相应的完全二叉树，最后根据动态码本索引对应的码本矢量在二叉树中所处位置判断隐秘信息位，提取出发送端嵌入的隐秘信息，以此实现隐秘信息的提取，隐秘信息的嵌入具体需要以下十个过程；

①接收端对接收到的iLBC数据包进行解析，得到相应参数；

②判断发送方是否有隐秘信息嵌入，并确定嵌入隐秘信息的位数，如果有隐秘信息嵌入，转到步骤③，否则，转到步骤⑩；

③重构初始状态；

④根据初始状态构建码本内存，根据获取的固定码本索引判断控制信息位；

⑤根据④中的码本内存构建动态码本CB_i＝{CB_i¹，CB_i²，CB_i³，CB_i⁴，CB_i⁵}，其中CB_i表示第i个语音帧的动态码本，CB_i^K表示第i个语音帧中第K个子帧的动态码本；

⑥根据控制信息位构造二叉树：如果控制信息位满足indexmod2＝0，那么以正序方式构造完全二叉树T′，如果控制信息位满足index mod 2＝1，那么以倒序方式构造完全二叉树T′；

⑦根据码本索引提取隐秘信息：根据码本索引对应的码本矢量的位置判断隐秘信息位，如果BW_i^K∈CB_i^K，L，则e_i＝0，否则e_i＝1；

⑧将提取出的隐秘信息进行整合，得到加密的隐秘信息E＝{e₁，e₂，......，e_n}；

⑨使用秘钥对步骤⑧得到的E做解密，再次整合，得到明文S＝{b₁，b₂，......，b_n}；

⑩提取完毕，算法结束。