本方案中設(shè)計(jì)的通信系統(tǒng)中所提出的窄帶語(yǔ)音隱藏技術(shù)，克服了常規(guī)掩護(hù)語(yǔ)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(yǔ)音容易遭到攻擊者懷疑的缺點(diǎn)。基于低比特流掩護(hù)語(yǔ)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(wèn)題日益突出。IP網(wǎng)絡(luò)的開(kāi)放性在給人們帶來(lái)方便的同時(shí)，也給網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)男畔⒘粝铝税踩[患。敵對(duì)勢(shì)力可以很容易地進(jìn)行搭線竊聽(tīng)、網(wǎng)絡(luò)抓包、假冒和篡改等活動(dòng)，給網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)拿孛苄畔?lái)了嚴(yán)重威脅。傳統(tǒng)的信息安全手段是利用密碼技術(shù)對(duì)明文實(shí)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(hù)秘密信息的同時(shí)也暴露了秘密消息傳輸?shù)拇嬖冢菀滓鸸粽叩淖⒁狻９粽呒词共荒芷谱g該密碼，也可以采用篡改、替換或發(fā)送假消息等手段來(lái)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(shì)必產(chǎn)生深刻變革，這樣才能抵抗敵方的信息進(jìn)攻，提高對(duì)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(duì)抗各種攻擊，尤其是軍隊(duì)，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(wèn)題應(yīng)運(yùn)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(hù)載體進(jìn)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(yǔ)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(wú)論是個(gè)人，還是企業(yè)，越來(lái)越喜歡采用IP 電話，網(wǎng)絡(luò)聊天等手段通信，如通過(guò)VoIP、SKYPE、MSN 或者QQ 進(jìn)行語(yǔ)音通信。

　　此類語(yǔ)音都屬于高壓縮，低比特率的信號(hào)，以最常用的壓縮語(yǔ)音號(hào)作為掩護(hù)載體進(jìn)行隱蔽通信可以降低攻擊者的懷疑度，但是壓縮信號(hào)又給隱藏帶來(lái)難度。本文研究基于低比特率的G.729壓縮語(yǔ)音流信息隱藏算法，設(shè)計(jì)IP網(wǎng)絡(luò)語(yǔ)音隱蔽通信系統(tǒng)。

　　基于音頻信號(hào)的信息隱藏技術(shù)已被國(guó)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(yǔ)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(yǔ)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(jī)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(yǔ)音隱蔽通信系統(tǒng)解決方案，滿足IP網(wǎng)絡(luò)對(duì)于保密通信傳輸技術(shù)的需求，針對(duì)IP網(wǎng)的傳輸特點(diǎn)進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計(jì)，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(lái)的軍事野戰(zhàn)網(wǎng)上運(yùn)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(shí)現(xiàn)方案

　　IP 網(wǎng)上的通信語(yǔ)音多采用高效壓縮算法，例如G.711，G.723，G.726，G.729 等，語(yǔ)音流速率太高對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬要求太高，所以多采用低比特率的壓縮語(yǔ)音流。本系統(tǒng)選擇8 Kb/s 的G.729 語(yǔ)音壓縮算法對(duì)載體語(yǔ)音壓縮，在壓縮數(shù)據(jù)流中嵌入秘密信息。含密語(yǔ)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(yùn)行，也能夠在中低速的IP網(wǎng)上運(yùn)行，比如手機(jī)無(wú)線數(shù)據(jù)網(wǎng)、軍事野戰(zhàn)網(wǎng)等環(huán)境。

　　1.1 G.729語(yǔ)音壓縮算法

　　G.729是ITU.T于1996年公布的8 Kb/s語(yǔ)音編碼方案，它使用了當(dāng)今語(yǔ)音壓縮編碼的各種先進(jìn)技術(shù)，達(dá)到了長(zhǎng)途電話音質(zhì)，已廣泛地應(yīng)用于個(gè)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(hào)輸入到編碼器。該編碼器是基于線性預(yù)測(cè)分析合成技術(shù)，以盡量減少實(shí)際語(yǔ)音與合成語(yǔ)音之間經(jīng)聽(tīng)覺(jué)加權(quán)后差分信號(hào)的能量為準(zhǔn)則來(lái)進(jìn)行編碼。

　　編碼器（見(jiàn)圖1）對(duì)10 ms長(zhǎng)的語(yǔ)音幀進(jìn)行處理，每幀分為兩個(gè)子幀。每幀進(jìn)行一次線性預(yù)測(cè)（LP）分析，并將LPC參數(shù)轉(zhuǎn)換到線譜，對(duì)LSP形式進(jìn)行預(yù)測(cè)式二階段矢量量化（VQ）。然后使用分析合成法，提取激勵(lì)參數(shù)。激勵(lì)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(jì)算一次。每幀要利用感覺(jué)加權(quán)語(yǔ)音進(jìn)行一次開(kāi)環(huán)整數(shù)基值基音延時(shí)估計(jì)，然后進(jìn)行閉環(huán)的分?jǐn)?shù)值基音分析，確定自適應(yīng)碼本的延時(shí)和增益，下面再進(jìn)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(cè)式二階段共軛結(jié)構(gòu)碼本進(jìn)行矢量量化。參考G.729 音頻標(biāo)準(zhǔn)ITU Recommendation G.729，得到編碼參數(shù)的比特分配見(jiàn)表1.

　　在G.729 解碼器端（見(jiàn)圖2），先要從接收到的碼流中提取LSP系數(shù)和兩個(gè)分?jǐn)?shù)基音延時(shí)、兩個(gè)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(duì)LSP參數(shù)進(jìn)行插值，并轉(zhuǎn)換到線性預(yù)測(cè)濾波器系數(shù)的形式。接下來(lái)，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(lì)信號(hào)。激勵(lì)信號(hào)通過(guò)LPC綜合濾波器后，就得到了合成語(yǔ)音信號(hào)。最后還要對(duì)合成語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行后處理，以提高合成語(yǔ)音的質(zhì)量。