CN102984122A - 基于amr-wb码率伪装的ip语音隐蔽通信方法 - Google Patents

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黄刘生
缪海波
陈志立
杨威
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Abstract

本发明公开了一种基于G722.2码率伪装技术的IP语音隐蔽通信方法，利用G722.2多速率编码特性，将隐藏信息填充在低码率编码数据块之后，伪装成高码率编码语音帧，再利用SRTP协议加密之后传输。该方法简便易行，隐藏信息容量大，适合大块隐秘数据的传输，并且适合在移动设备上使用。

Description

基于AMR-WB码率伪装的IP语音隐蔽通信方法
技术领域
本发明属于安全通信领域，特别涉及信息隐藏以及IP电话领域，具体涉及一种采用码率伪装技术，在G722.2编码语音帧中隐藏信息的IP隐蔽通信方法。
背景技术
信息隐藏是一种新的信息安全技术，近年来得到了迅速的发展，可广泛应用于数字信息的版权保护、认证、机密信息的隐蔽传输等领域。它是利用人类感觉器官的不敏感性(感觉冗余)，以及多媒体数字信号本身存在的冗余（数据特性冗余），将信息隐藏在一个可公开的载体媒介中，在不影响载体媒介感觉效果和使用价值的前提下，使得机密信息不被察觉。隐蔽通信是指采用信息隐藏技术将机密信息隐藏在普通多媒体信息中再进行传输，具有较好的隐蔽性和安全性，可用于军事、商业保密通信等。
传统的信息隐藏研究主要集中在存储媒体，例如文本、图片、音频、视频等。近年来，信息隐藏研究逐渐转向网络协议以及实时流媒体。IP电话(VoIP)是一种典型的流媒体通信技术，为用户提供了一种实时的语音通信手段。随着Internet技术和语音编码技术的发展，研究基于VoIP的隐蔽通信技术已经成为一个备受关注的课题。现有的基于VoIP的隐蔽通信技术主要包括2大类，一类是通过修改语音信号来嵌入信息，例如Tian,H.,Zhou,K.,Jiang,H.,Liu,J.,Huang,Y.,Feng D.:An M-Sequence Based Steganography Model forVoice的LSB法；另一类是利用RTP协议的冗余字段来嵌入信息，例如Mazurczyk,W.,Kotulski,Z.:New security and control protocol for VoIP based onsteganography and digital watermarking,In Proc.of 5th International Conference onComputer Science-Research and Applications(IBIZA2006),Poland,Kazimierz Dolny9-11February 2006。关于以上2类方法的文献很多，但第一类方法目前已经存在大量的检测算法，第二类则容易受到防火墙屏蔽，此外，这些算法大多针对PC机平台设计，不利于在手机VoIP应用中实现。
G722.2(或者AMR-WB)是一种自适应多速率宽带语音编码，主要用于移动设备语音压缩。它将16-bit线性PCM语音采样值编码生成132,177,253,285,317,365,397,461或477bits数据语音帧，输出码率共有9种：6.6,8.85,12.65,14.25,15.85,18.25,19.85,23.05和23.85kbit/s。该编码器被3GPP/ETSI和ITU-T采用，成为第一个同时被无线和有线通信采用的语音编码技术。因此基于G722.2的VoIP在移动电话上有广泛的应用前景，基于此设计的隐蔽通信方法具有很高的实用价值。
发明内容
本发明目的是提出一种基于G722.2码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，可以实现在移动设备上的大容量隐蔽数据传输，解决了现有技术中隐蔽信息传输容易受到检测方法限制或者不能透过防火墙等问题。
为了解决现有技术中的这些问题，本发明的技术方案是：
一种基于G722.2码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，其特征在于所述方法以G722.2编码语音帧为载体嵌入隐藏信息进行传输，包括以下步骤：
（1）发送端根据网络状况选取IP通话中适合的两种语音编码模式，记为编码器A、B，编码器A的编码数据块大小为Sa，编码器B的编码数据块大小为Sb；假设Sb>Sa，则每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小Se＝Sb-Sa；
（2）发送端采用编码器A对语音信号进行编码，并在每个语音帧尾部填充Se bit隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型PT为编码器A；
(3)接收端用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，提取出有效语音帧之后的数据即为隐藏信息。
优选的，所述方法中编码器的编码速率选自6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05和23.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为12.65kbit/s，编码器B的编码速率为15.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为14.25kbit/s，编码器B的编码速率为18.25kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为15.85kbit/s，编码器B的编码速率为19.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为18.25kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为19.85kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
优选的，所述方法中编码器A的编码速率为23.05kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
本发明技术方案利用G722.2存在多个码率编码器的特性，将隐藏信息填充在低码率编码语音帧尾部，伪装成高码率的编码语音帧。所述方法以G722.2编码语音帧为信息隐藏载体，所述方法没有修改编码算法以及编码参数，只是将低码率编码语音帧长度伪装成高码率编码语音帧长度进行传输，该方法不会造成编码器的负面影响。
隐藏信息嵌入在低码率语音帧之后，嵌入大小为高码率语音帧长度减去低码率语音帧长度。所述方法不需要隐蔽通信双方预先协商编码类型，通过RTP头部字段PT指示解码器类型以及有效语音帧长度。第三方无法从加密后的语音帧发觉异常。因此，本发明在不影响IP电话通话语音质量的前提下，可以实现大容量机密信息的传输。
相对于现有技术中的方案，本发明的优点是：
1.没有修改编码器或解码器，只是对编码后的语音帧进行了填充，操作简便易行，没有增加系统计算负担；
2.本发明以G722.2编码语音帧为载体，适合在移动设备上使用；
3.本发明隐藏信息嵌入率大于现有技术方法，其最大嵌入率可达5.6kbps，效率非常高；
4.本发明方法灵活，可以推广到其他编码器中去，实用性强。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
图1为基于G722.2码率伪装的IP语音隐蔽通信方式的流程图；
图2为采用SRTP安全协议的RTP头部字段结构示意图；
图3为码率伪装数据包结构示意图；
图4为实施例实验传输前的隐藏文件；
图5为实施例实验传输后提取的隐藏文件。
具体实施方式
以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据实际情况做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。
实施例
本实施例提供的基于G722.2码率伪装的IP语音隐蔽通信方式，实现机密信息的隐蔽传输功能，机密信息可以是普通文本，或者其他文件数据等。
图1给出了本发明的功能实现结构图，本发明的具体实现步骤是：
(1)预处理阶段，发送端根据当前网络状况决定IP通话中所适合采用的语音编码模式，选择一种低码率的编码模式，记为编码器A，其编码数据块大小为Sa；选择一种高码率的编码模式，记为编码器B，其编码数据块大小为Sb；计算每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小Se＝Sb-Sa。
(2)发送端，采用编码器A对16-bit线性PCM语音信号进行压缩编码，在每个语音帧(20ms)尾部填充Se bit隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型(PT)为编码器A；
(3)接收端，用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，采用解码器A对有效语音帧进行解码，有效语音帧之后的数据即隐藏信息写入到秘密文件中去。
方法中预处理的过程包括：①.根据网络状况，从G722.29种编码速率中选择合适的2种编码模式：低码率编码器A和高码率编码器B；②.A编码数据块大小为Sa，B编码数据块大小为Sb，计算每帧编码数据块隐藏信息大小Se=Sb-Sa。
方法中发送端的处理过程包括：①.采用预处理过程中选择的A编码器对语音信号进行编码，每20ms（一帧）产生Sa bit的编码数据块；②.以二进制流的方式从机密文件中读取Se bit信息，填充在Sa bit的编码数据块之后，使得每帧编码数据块大小为Se+Sa=Sb bit，从而伪装成预处理过程中选择的B编码语音帧；③.使用SRTP协议对伪装后的编码语音帧加密，RTP协议对加密后的数据块传输，并且将RTP头部字段PT类型设置成编码模式A，图2和图3给出了基于G722.2码率伪装的RTP数据包示意图。
方法中接收端的处理过程包括：①.使用SRTP协议解密编码语音帧，根据RTP.PT的值确定解码器模式为A；②.根据模式A的有效编码长度Sa，采用解码器A对前Sa bit的数据块进行解码；③.提取语音帧剩余的数据即隐藏信息，以二进制流的方式写入文件。
本方法G722.2几种编码模式和对应的语音帧长度如表1所示。此外，表2给出了几组推荐的伪装组合，其中最大嵌入速率达到5.6kbps。这几组编码器对信号编码后的语音质量都比较好，听觉上不会有明显差距，使用这些组合进行码率伪装隐藏信息，可以取得良好的隐蔽通信效果。
表1.G722.2的9种编码速率及对应的语音帧(20ms)长度
Figure BDA00002234654100051
表2.推荐的码率伪装组合
应用时，本实施例以18.25kbps作为实际语音压缩编码方式，23.85kbps作为伪装编码方式为典型的实例具体说明本发明的实现方法。
G722.2编码器18.25kbps模式下，每20ms，将采集的16-bit线性PCM语音采样值压缩成365bit语音帧；在23.85kbps模式下，每20ms，将采集的16-bit线性PCM语音采样值压缩成477bit语音帧。两种语音帧长度相差112bit，也就是说，可以在18.25kbps语音帧后面填充112bit信息，伪装23.85kbps语音帧长度，采用SRTP协议对语音帧加密后，第三方无法察觉出语音帧的异常，为了通知接收方正确解码语音帧长度，将RTP包头部PT字段设置成18.25kbps编码模式。
具体实现步骤如下：
(1)用18.25kbps码率编码语音信号，每20ms产生365bit语音帧参数；
(2)每当产生一个20ms语音帧，以二进制流的方式从机密文件中读取112bit信息，填充在语音帧后面，使得语音帧长度为477bit；
(3)采用SRTP/RTP协议封装加密语音帧，设置RTP.PT=X(X设置值与SIP运营商有关)，传输RTP包；
(4)接收RTP包，解封语音帧，读取RTP.PT值，确定解码器为18.25kbps模式，有效语音帧长度为365bit；
(5)采用18.25kbps解码器对前365bit数据块进行解码，同时将366bit~477bit的信息以二进制流的方式写入文件。
实施效果
本案例在实际手机平台上测试通过，具有很强的实用意义。案例实验测试说明如下-
测试手机：Motorola MB855；
测试系统：android系统；
测试软件：Sipdroid网络电话（移植了G722.2Codec，18.25kbs作为实际编解码器，23.85kbps作为伪装编码模式）；
测试账户：使用tocall（http://www.tocall.cn/）运营商，注册2个免费账户。
根据该运营商对编码器的支持情况，以及程序的约定，设置RTP.PT=CODEC_NUMBER=3。测试中，传输的隐藏文件为一张图片（图4），通话时间为2分钟，接收到的文件见图5。测试过程中，通过语音质量稳定，接收到的图片文件基本完整，丢失的部分信息是由于网络丢包引起的，这是因为IP电话均采用UDP协议，RTP数据包丢失之后，隐藏在里面的信息也相应丢失，该问题与本发明技术无关，其他基于IP电话的隐藏方法也存在相同的问题。
由实施案例可以看出，本发明技术原理简单，易于实现，适合在移动设备上进行大容量秘密数据的传输。上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人是能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于AMR-WB码率伪装的IP语音隐蔽通信方法，其特征在于所述方法以G722.2编码语音帧为载体嵌入隐藏信息进行传输，包括以下步骤：
（1）发送端根据网络状况选取IP通话中适合的两种语音编码模式，记为编码器A、B，编码器A的编码数据块大小为Sa，编码器B的编码数据块大小为Sb；假设Sb>Sa，则每个语音帧可嵌入的隐藏信息大小Se＝Sb-Sa；
（2）发送端采用编码器A对语音信号进行编码，并在每个语音帧尾部填充Se bit隐藏信息，用SRTP协议加密语音帧，设定RTP头部字段中负载类型PT为编码器A；
(3)接收端用SRTP协议解密语音帧，根据RTP头部PT确定解码器类型和有效语音帧长度，提取出有效语音帧之后的数据即为隐藏信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器的编码速率选自6.6、8.85、12.65、14.25、15.85、18.25、19.85、23.05和23.85kbit/s。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为12.65kbit/s，编码器B的编码速率为15.85kbit/s。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为14.25kbit/s，编码器B的编码速率为18.25kbit/s。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为15.85kbit/s，编码器B的编码速率为19.85kbit/s。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为18.25kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为19.85kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法中编码器A的编码速率为23.05kbit/s，编码器B的编码速率为23.85kbit/s。
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