CN102194459B - 一种基于avs音频编码的信息隐藏方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种在AVS音频编码过程中嵌入隐藏信息的方法。其包括：步骤一：将待嵌入信息按矢量形式进行分组；步骤二：将经过矢量分组后的待嵌入信息输入量化与数据嵌入模块；步骤三：在量化与数据嵌入模块中完成信息的嵌入并通过修改比例因子控制量化噪声；步骤四：按照每帧量化数据中嵌入隐藏信息的数量修改相应密钥K(i)。在对隐藏信息进行合理分组的前提下，该方法的鲁棒性与安全性是较好的，且由于使用了修改比例因子以降低量化噪声的方案，嵌入信息后的AVS音频也能保持良好的音质。
Description
技术领域
本发明涉及信息嵌入与隐藏领域，特别是涉及到一种基于AVS音频编码的信息隐藏方法。
背景技术
信息隐藏技术是指将一个有用信息隐藏在一个载体信息(如音频、视频信号)中，目前，对于信息隐藏技术的研究，主要是基于图像或视频信号，这是由于图像或视频信号信息冗余度较大，有很大的信息嵌入空间。而在音频信号领域，特别是针对MPEG-3、MPEG-4这样的具有高压缩比的压缩音频，信息嵌入的研究还是比较困难的，主要是由于人耳相较于其他器官具有较高的灵敏度，在信号较微弱的情况下人耳甚至能感觉到非常小的噪声。
以往对于音频信号中信息嵌入的研究往往都基于非压缩的数字音频，即利用音频信号的时域冗余信息进行信息的嵌入。但是随着现代音频技术的发展，各种基于人耳听觉模型的音频压缩技术相继出现，使音频在高压缩比的情况下拥有“透明”的音质。利用音频信号的时域冗余信息进行信息嵌入的方法在此时并不适用，而且由于音频压缩本质上就是对于信号时域与频域的冗余信息进行削减，从而实现数据码率的控制，所以，时域信号中嵌入的隐藏信息通过压缩处理后就会受到很大程度的破坏。也有一些学者针对当前流行的一些音频压缩标准如MPEG-2AAC或MPEG-4AAC进行了深入研究，并对其压缩后的音频数据进行隐藏信息的嵌入并提出诸多改进算法，然而对先进音视频编码标准(Audio VideoCoding Standard，AVS)对应的信息隐藏与嵌入的研究至今还很匮乏。
发明内容
为了解决在AVS音频码流中合理的嵌入隐藏信息的需求，本发明提出了一种在AVS音频编码过程中嵌入隐藏信息的方法。本方法基于AVS独特的量化与位平面编码技术，使用比例因子修改与位平面嵌入技术，在嵌入数据容量方面具有灵活性，而且能够使得数据载体音质不受破坏。
为了达到以上目的，本发明采用如下技术方案：
步骤一：首先将待嵌入信息按矢量形式进行分组；
步骤二：将经过矢量分组后的待嵌入信息输入量化与数据嵌入模块；
步骤三：在量化与数据嵌入模块中完成信息的嵌入并通过修改比例因子控制量化噪声；
步骤四：按照每帧量化数据中嵌入隐藏信息的数量修改相应密钥K(i)。
其中，在步骤一中，待嵌入的隐藏信息首先经过信息矢量分组模块的预处理，该模块将根据待嵌入信息的信息量权重将该信息按矢量的形式进行分组，以保证重要的矢量能够被首先嵌入AVS音频中的基本层中，这样隐藏信息在AVS的CBC编码模块就能得到较大程度的保护。矢量分组的顺序可针对不同待嵌入信息的重要程度进行调节，原则上将矢量组按信息量权重大小依次排列。
在步骤二中，将经过矢量分组后的待嵌入信息输入量化与数据嵌入模块进行信息的嵌入处理。
在步骤三中，编码器首先判断当前是否还有需要嵌入的隐藏信息，若隐藏信息已全部嵌入完毕，则将待量化的频谱直接输入原量化模块进行量化，否则进入信息嵌入模块。信息嵌入模块采用了循环嵌入的方式，首先对使用当前比例因子量化后频谱的低比特位使用隐藏信息进行比特替换，即将经过信息矢量分组后的隐藏信息按矢量组先后顺序依次嵌入量化频谱，比特嵌入过程遵循位平面编码原理，先嵌入当前待嵌入矢量组的高比特层，再依次嵌入低比特层。数据嵌入完成之后检查是否符合跳出循环的条件，即该比例因子带所产生的量化噪声低于该比例因子带的噪声掩蔽阈值，若符合，则进入步骤四，循环结束，否则，以1为步长主动增大当前比例因子带的比例因子，并再次尝试重新嵌入隐藏信息，直到循环结束。
在步骤四中，为实现隐藏信息的盲提取，令每帧音频数据对应一个密钥K(i)，i为当前帧数。K(i)的初始值为0，在量化过程中对K(i)进行修改。若需要在当前帧中嵌入隐藏信息，默认在第1个比例因子带中于量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入，嵌入成功后修改K(i)＝1，之后的每个比例因子带中，若有快速嵌入信息的要求，则可选择在量化频谱的最后两个比特位进行比特嵌入，修改K(i)＝K(i)×2，否则继续在量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入并修改K(i)＝K(i)×2+1。
本发明的优点以及积极效果在于：由于本发明是基于AVS独特的量化与位平面编码技术，将隐藏信息做矢量分组进而在量化过程中实施信息的嵌入，信息的嵌入过程使用了主动修改比例因子以降低量化噪声的方案，并且对于隐藏信息采用位平面嵌入技术。在对隐藏信息进行合理分组的前提下，该方法的鲁棒性与安全性是较好的，且由于使用了修改比例因子以降低量化噪声的方案，嵌入信息后的AVS音频也能保持良好的音质。
附图说明
图1为本发明中嵌入隐藏信息的基本结构
图2为本发明AVS量化模块中的信息嵌入流程图
具体实施方式
本发明是一种在AVS音频编码过程中嵌入隐藏信息的方法。本方法基于AVS独特的量化与位平面编码技术，使用了比例因子修改与位平面嵌入技术。
本发明的主要内容为：将隐藏信息做平面处理进而在量化过程中实施信息的嵌入，信息的嵌入过程使用了主动修改比例因子以降低量化噪声的方案，并且对于隐藏信息采用矢量分组与位平面嵌入技术，下面结合附图，对本发明的技术方案做进一步说明。主要步骤如下：
步骤一：如图1所示，首先将待嵌入信息输入信息矢量分组模块进行矢量分组处理，分组模块将根据待嵌入信息的信息量权重将该信息按矢量的形式进行分组，以保证重要的矢量能够被首先嵌入AVS音频中的基本层中，这样隐藏信息在AVS的CBC编码模块就能得到较大程度的保护。矢量分组的顺序可针对不同待嵌入信息的重要程度进行调节，原则上将矢量组按信息量权重大小依次排列。
步骤二：将经过矢量分组后的待嵌入信息输入量化与数据嵌入模块进行信息的嵌入处理。
在步骤三中，如图2所示，首先在201中，编码器首先判断当前比例因子带中所有频谱是否为零，若是则跳出量化与数据嵌入模块，否则进入202，在202中，编码器判断所有待隐藏数据是否全部嵌入完毕，若是则将待量化频谱输入到原量化模块中进行量化，否则进入203。
203中，对隐藏信息采用循环嵌入的方式，首先对使用当前比例因子量化后频谱的低比特位使用隐藏信息进行比特替换，即将经过信息矢量分组后的隐藏信息按矢量组先后顺序依次嵌入量化频谱，比特嵌入过程遵循位平面编码原理，先嵌入当前待嵌入矢量组的高比特层，再依次嵌入低比特层。数据嵌入完成之后检查是否符合跳出循环的条件，即该比例因子带所产生的量化噪声低于该比例因子带的噪声掩蔽阈值，若符合，则进入步骤四，循环结束，否则，以1为步长主动增大scf(sb)，并再次尝试重新嵌入隐藏信息，直到循环结束。
在步骤四中，为实现隐藏信息的盲提取，令每帧音频数据对应一个密钥K(i)，i为当前帧数。K(i)的初始值为0，在量化过程中对K(i)进行修改。若需要在当前帧中嵌入隐藏信息，默认在第1个比例因子带中于量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入，嵌入成功后修改K(i)＝1，之后的每个比例因子带中，若有快速嵌入信息的要求，则可选择在量化频谱的最后两个比特位进行比特嵌入，修改K(i)＝K(i)×2，否则继续在量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入并修改K(i)＝K(i)×2+1。在提取过程中，若当前帧所对应的K(i)＝0，说明当前帧没有嵌入隐藏信息，否则从K(i)的最高比特位开始，逐一对应每一个比例因子带的数据嵌入数量，1表示信息隐藏于该比例因子带量化频谱的最后一个比特位，0表示信息隐藏于该比例因子带量化频谱的最后两个比特位。举例说明，若K(i)＝8，其二进制表示为1000，说明在当前帧的前4个比例因子带中嵌入有隐藏信息，第一个比例因子带中信息隐藏于量化频谱的最后一个比特位，剩下的三个比例因子带中，信息隐藏于量化频谱的最后两个比特位。
说明书附图中出现的英文缩写，其含义如下：
scf(sb)：第sb个比例因子带对应的比例因子系数；
K(i)：第i帧的密钥。
Claims (1)
1.本发明提出了一种在AVS音频编码过程中嵌入隐藏信息的方法，该方法的具体步骤如下：
步骤一：将待嵌入的隐藏信息经过信息矢量分组模块的预处理，该模块将根据待嵌入隐藏信息的信息量权重将该信息按矢量的形式进行分组，矢量分组的顺序可针对不同待嵌入隐藏信息的重要程度进行调节，原则上将矢量组按信息量权重大小依次排列；
步骤二：将经过矢量分组后的待嵌入信息输入量化与数据嵌入模块进行信息的嵌入处理；
步骤三：在量化与数据嵌入模块中完成信息的嵌入并通过修改比例因子控制量化噪声；
步骤四：令每帧音频数据对应一个密钥K(i)，i为当前帧数；K(i)的初始值为0，在量化过程中对K(i)进行修改；若需要在当前帧中嵌入隐藏信息，默认在第1个比例因子带中于量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入，嵌入成功后修改K(i)=1，之后的每个比例因子带中，若有快速嵌入信息的要求，则可选择在量化频谱的最后两个比特位进行比特嵌入，修改K(i)=K(i)×2，否则继续在量化频谱的最后1个比特位进行比特嵌入并修改K(i)=K(i)×2+1。
2根据权利要求1所述方法，其步骤三中的主要特征为：量化与数据嵌入模块中包含原量化模块与数据嵌入模块两部分，编码器首先判断当前是否还有需要嵌入的隐藏信息，若隐藏信息已全部嵌入完毕，则将待量化的频谱直接输入原量化模块进行量化，否则进入信息嵌入模块；信息嵌入模块采用了循环嵌入的方式，首先对使用当前比例因子量化后频谱的低比特位使用隐藏信息进行比特替换，即将经过信息矢量分组后的隐藏信息按矢量组先后顺序依次嵌入量化频谱，比特嵌入过程遵循位平面编码原理，先嵌入当前待嵌入矢量组的高比特层，再依次嵌入低比特层；数据嵌入完成之后检查是否符合跳出循环的条件，即该比例因子带所产生的量化噪声低于该比例因子带的噪声掩蔽阈值，若符合，则进入步骤四，循环结束，否则，以1为步长主动增大当前比例因子带的比例因子，并再次尝试重新嵌入隐藏信息，直到循环结束。
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