一種基于GSM的低碼率語音信息隱秘傳輸方法
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6 實驗及結果
6．1 嵌入／提取MELP語音的步驟
嵌入主要步驟：
1)對于每幀GSM語音信號，選取所有第六類n=69組成69比特宿主可修改矢量a，當L=24時，2L×69單位增廣矩陣共有
種，取其中任一種作為單位增廣矩陣H。根據(jù)矩陣H(密鑰2)和宿主可修改矢量口計算向量s=Ha；2)對MELP機密語音由密鑰1進行初始加密。加密算法采用簡單異或加密或DES加密。根據(jù)已加密分段的MELP語音c計算向量
若d=0，則不需進行任何修改；否則，在2L×69單位增廣矩陣中必可找出滿足
條件的k列(k≤L)：hi1，hi2，…h(huán)ik。將可修改矢量a中與這K≤L個列矢量所對應的比特位分別取反即得到嵌入機密語音c后的GSM數(shù)據(jù)矢量a’(見式(7)。提取主要步驟：
1)在接收端接收到a’后，采用與發(fā)送端相同的單位增廣矩陣H，計算
c即為加密后的MELP語音；2)得到c后，再用密鑰1解密，組合后就可得到所嵌入的一路2．4kb／s MELP機密語音。
6．2 實驗結果
為了驗證該算法，在局域網(wǎng)中進行了模擬實驗。工作平臺為Windows 2000，采集的音頻信號為16比特線性PCM音頻信號，采樣時間為8s，共64000個樣點。采用GSM編碼，每幀GSM語音(20ms)中的69比特宿主可修改矢量，最多修改其中的L=24比特，相應嵌入2L=48比特MELP編碼(20ms)的語音信息。
嵌入MELP語音后的語音與原宿主語音的對比采用峰值信噪比．PSNR(Peak SNR)進行衡量：本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/158070.htm
這里取K=64000。其中x(n)為原始PCM語音；y(n)為原始語音僅GSM編碼傳輸解碼后的PCM語音；y’(n)為相應的GSM語音嵌入MELP語音后傳輸、解碼后的PCM語音。
圖2給出了一組語音的實驗結果，圖2(b)相對于圖2(a)的PSNRl=31．65dB，圖2(c)相對于圖2(a)的PSNR2=25．9ldB。圖2(d)～(f)給出了所嵌入的MELP語音的波形。其中橫軸是樣點個數(shù)，縱軸是幅值(單位為5V／216)。
模擬實驗表明，在GSM編碼語音中可實時嵌入一路2．4kb／s的MELP編碼的機密語音，嵌入后的GSM語音仍具有較好的音頻質量。
在局域網(wǎng)傳輸的情況下，由于基本上無噪聲影響，嵌入的2．4kb／s MELP編碼的機密語音在實驗室有100％的正確提取率，實驗表明圖2(e)與圖2(f)的MELP文件完全相同，波形也完全相同。表2給出了10組實驗的統(tǒng)計結果，實驗中MELP機密語音在不考慮噪聲影響的條件下正確提取率均為100%。
嵌入MELP語音后的GSM語音相對于原GSM語音，非專業(yè)人員難以分辯出二者的區(qū)別，在實驗室請10人分別對多段嵌入MELP語音后的GSM語音與原GSM語音進行分辯，均未覺察出二者的明顯區(qū)別。
另外還對加密的MELP語音進行了糾錯編碼和交織后，再嵌入的實驗，以增加系統(tǒng)的可靠性。采用線性分組Hamming糾錯編碼，可糾正單比特錯誤。若數(shù)據(jù)位為m，監(jiān)督位為k，則編碼長度為n=m+k，需滿足：2k一l≥n;n=m+k。這里取m=48，k=6，n=54。糾錯編碼后的數(shù)據(jù)交織后再進行嵌入。每幀GSM語音最多修改27比特，相應嵌入54比特數(shù)據(jù)。模擬表明當信道噪聲或其它因素導致GSM語音丟失1幀信息時(最小丟幀間隔不小于54幀時)，丟失幀所嵌入的機密語音可以全部由糾錯碼糾回。
7 結論
通過對GSM語音碼流的分析，給出了一種將一路2．4kb／s的混合激勵線性預測(MELP)編碼的機密語音嵌入在另一路13kb／s的GSM語音碼流非敏感比特中的一種方法。在每2L+l可修改比特中，通過最多只修改其中的L比特，便可嵌入2L比特的數(shù)據(jù)。
該方法主要采用了一個二值矩陣及異或運算，運算復雜度不高，易于硬件實現(xiàn)。
實驗結果表明，該算法可隱藏的數(shù)據(jù)量較大，具有較好的安全性。進而可用于較大容量的流媒體信息的隱藏及隱秘傳輸，如隱形手機的研究等。
本文主要討論了2．4kb／s低碼率語音到GSM編碼語音的嵌入／提取方法，進一步提高系統(tǒng)的抗干擾能力尚需進一步研究。
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