CN118038906A - 一种基于音频信息隐藏的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于音频信息隐藏的方法及装置，涉及信息处理技术领域；方法包括S1获得秘密字典，获得至少十首的芯片音乐曲谱，从每一芯片音乐曲谱中分离获得主音轨的部分，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法获得频繁子序列，基于长度为3选取出现频率前16位的子序列并获得秘密字典；S2获得含密音频文件，将秘密信息转化为十六进制的信息，对照秘密字典得到曲谱，将曲谱输入到芯片音乐生成软件中得到含有秘密信息的芯片音乐文件；从芯片音乐曲谱中获得频繁子序列，基于长度为3选取出现频率前16位的子序列并获得秘密字典，将秘密信息对照秘密字典得到曲谱，进而获得含有秘密信息的芯片音乐文件，隐蔽性好，鲁棒性好，隐藏容量大。
Description
技术领域
本发明涉及信息处理技术领域，尤其涉及一种基于音频信息隐藏的方法及装置。
背景技术
信息隐藏是一种在不影响载体原有内容的前提下，将秘密信息嵌入到载体中，以实现隐藏秘密信息的目的。与加密技术不同，信息隐藏不是通过加密来保护信息的安全性，而是通过隐藏信息的存在来保护信息的机密性。
信息隐藏的载体可分为文本，图像，音频，文件格式等种类。信息载体作为信息隐藏的重要部分，对载体的不同操作产生了不同的隐藏算法。传统的信息隐藏算法为修改式，通过对秘密信息载体进行修改的方式来添加秘密信息。此方案缺点很多，如信息密度较低以及易被发现含有秘密信息，以及鲁棒性较差，在载体格式发生变化时易丢失秘密信息等。
无载体信息隐藏是通过不对载体进行修改或是直接由秘密信息生成载体的方式完成信息隐藏。无载体信息隐藏根据载体的来源将其分为搜索式和生成式。搜索式的载体来源于互联网中的信息，通过一定的规律对原始材料进行统计分析，将秘密信息按照设定的方式进行转化，并于统计后的信息库进行匹配，选取合适的材料作为信息隐藏的载体，接收者将收到含密载体后按照相同方法进行信息提取得到秘密信息。生成式的信息隐藏选取合适的文本模板如宋词，绝句等，由大量数据训练生成模型，再将秘密信息按照设定的方式进行转化，将所得数据输入到模型中生成含密文件。
授权公告号为CN102194081B，名称为自然语言信息隐藏方法。简称第一现有技术方案，该技术方案为修改式的，基于文本通过同义词替换的方案实现信息隐藏。
授权公告号为CN113515753B，名称为一种信息隐藏方法及装置。简称第二现有技术方案，该技术方案为修改式的，基于音频通过修改的方案实现信息隐藏，具体实现是通过将音频信息转化后的图像，与所述待隐藏图像之间进行计算得到残差信息，并将残差信息反向转化到音频文件中，实现信息隐藏。
授权公告号为CN115225771B，名称为一种加密图像可逆信息隐藏方法、装置及计算机设备。简称第三现有技术方案，该技术方案为修改式的，基于图像通过多种修改方式对图像进行修改完成信息隐藏。
申请公布号为CN116707781A，名称为一种基于音频对抗样本的隐蔽通信方法。简称第四现有技术方案，该技术方案为修改式的，基于音频通过将原始音频文件进行切分并生成乱序音频以及解密随机序列，接收方将乱序音频和解密随机序列逆向得到原始音频文件。
秦川,李蓉受,钱振兴等，基于宋词生成的大容量构造式信息隐藏算法，计算机学报,2023。简称第五现有技术方案，该技术方案为生成式的，基于文本通过分析宋词的韵律要求，按秘密信息生成含密宋词的方式实现信息隐藏。
结合上述五篇现有的技术方案，发明人分析现有技术方案如下。
隐蔽性方面：
第一现有技术方案：基于文本类方案存在隐蔽性不足问题，通过同义词替换虽然可以在某些词上进行，但是其在文章中的语境并不完全符合，如我的工作是数据处理和我的职业是数据处理，后者就容易被发现存在问题，不够隐蔽。
第三现有技术方案：基于图像的方案虽然在人工观察下具有较好的隐蔽性，但是无论是LSB方案或者DCT方案，都会对图像的进行修改，如果网络上存在原始图像，就容易被通过对比原始图像的方式发掘出隐藏信息，或者通过RS分析等数据分析方案察觉出存在隐藏信息。
第四现有技术方案：此方案会生成一个乱序音频，其通常情况类似噪声，容易被怀疑。
鲁棒性方面：
第二现有技术方案、第三现有技术方案和第四现有技术方案：基于修改式的方式所生成的含密载体都较为脆弱，面对音频文件，加噪或者压缩都会对文件进行修改，接收方所收到的文件就无法正常解密。面对图像文件，添加滤镜或者调整亮度都会使得图像的像素点发生变化，接收方所收到的文件就无法正常解密。
隐藏容量方面：
第五现有技术方案：基于生成式宋词方案虽在隐蔽性和鲁棒性上有着较好的性能，但受限于宋词这种载体，无法承载较大的秘密信息。
发明内容
本发明提供一种基于音频信息隐藏的方法及装置，解决易被发现含有秘密信息以及鲁棒性较差的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案在于如下方面：
一种基于音频信息隐藏的方法包括如下步骤，S1获得秘密字典，获得至少十首的芯片音乐曲谱，从每一芯片音乐曲谱中分离获得主音轨的部分，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法获得频繁子序列，选取长度为3的子序列，基于出现频率选取前16位的子序列，获得秘密字典；S2获得含密音频文件，将秘密信息转化为十六进制的信息，然后对照秘密字典得到曲谱，将曲谱输入到芯片音乐生成软件中得到含有秘密信息的芯片音乐文件。
进一步的技术方案在于：在步骤S1中，获得120首芯片音乐曲谱。
进一步的技术方案在于：在步骤S1中，所述基于出现频率选取前16位的子序列获得秘密字典的步骤包括在出现频率大于0.1的子序列中选取前16位，并分别对应十六进制中的0～f，获得秘密字典。
进一步的技术方案在于：在步骤S2中，芯片音乐生成软件为FamiTracker软件。
进一步的技术方案在于：在步骤S2中，芯片音乐文件是格式为wav的文件。
进一步的技术方案在于：还包括如下步骤，S3解密含密音频文件，提取含密音频文件中的音频数据，将音频数据根据节拍数进行切分获得音频片段，将每个音频片段通过YIN算法获得对应的音调，将音调通过秘密字典转化获得秘密信息。
进一步的技术方案在于：在步骤S3中，所述提取含密音频文件中音频数据的步骤包括将芯片音乐文件经过python的wave库提取出音频数据。
进一步的技术方案在于：在步骤S3中，YIN算法为用于语音和音乐的基频的估计算法。
一种基于音频信息隐藏的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述基于音频信息隐藏方法相应的步骤。
一种基于音频信息隐藏的装置包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述基于音频信息隐藏方法相应的步骤。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：
第一，一种基于音频信息隐藏的方法包括如下步骤，S1获得秘密字典，获得至少十首的芯片音乐曲谱，从每一芯片音乐曲谱中分离获得主音轨的部分，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法获得频繁子序列，选取长度为3的子序列，基于出现频率选取前16位的子序列，获得秘密字典；S2获得含密音频文件，将秘密信息转化为十六进制的信息，然后对照秘密字典得到曲谱，将曲谱输入到芯片音乐生成软件中得到含有秘密信息的芯片音乐文件。该技术方案，从芯片音乐曲谱中获得频繁子序列，基于长度为3，选取出现频率前16位的子序列获得秘密字典，将秘密信息对照秘密字典得到曲谱，进而获得含有秘密信息的芯片音乐文件，隐蔽性好，鲁棒性好，隐藏容量大。
第二，一种基于音频信息隐藏的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行计算机程序时实现上述基于音频信息隐藏方法相应的步骤。该技术方案，从芯片音乐曲谱中获得频繁子序列，基于长度为3，选取出现频率前16位的子序列获得秘密字典，将秘密信息对照秘密字典得到曲谱，进而获得含有秘密信息的芯片音乐文件，隐蔽性好，鲁棒性好，隐藏容量大。
详见具体实施方式部分描述。
附图说明
图1是本发明的数据流图。
具体实施方式
本申请涉及基于无载体生成式音频的信息隐藏方法，用于隐蔽地传递信息，而不引起注意，同时假设在信息由发送者到接收者之间，必然会被监管者检查。
本申请采用生成式的信息隐藏方法，直接由秘密信息生成载体的方式完成信息隐藏，可以有效提高信息隐藏的隐蔽性和鲁棒性，以及具备较高的信息密度。
本申请方案提供了一种基于音频的生成式信息隐藏方法，对比修改式的方法，本方法不会对信息载体进行修改，在面对如RS分析，卡方分析等方法时隐蔽性较强。同时音频的风格选用为芯片音乐即8bit音乐，这种音乐是通过不同的波形如方波、三角波以及不同的电流强度产生不同的音调，再由此组合而成。这种音调产生的方式，使生成音调具有音色单一，旋律感强的特点。音频不同于其他类型，其长度可无限延长，在隐藏容量方法也具有一定优势。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
实施例1：
如图1所示，本发明公开了一种基于音频信息隐藏的方法包括如下步骤：
S1获得秘密字典
获得十首以上芯片音乐曲谱，从每一芯片音乐曲谱中分离获得主音轨的部分，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法获得频繁子序列，选取长度为3的子序列，基于出现频率选取前16位的子序列，获得秘密字典。
本申请基于python语言实现，该步骤为秘密字典设计，通过数据挖掘的方法遍历大量芯片音乐曲谱，生成一个音调字典，可以根据音调字典对秘密信息进行加密或者解密。
在秘密信息的加密和解密中都需要对照秘密字典进行转换，故首先需要构造秘密字典。在互联网上搜集一定的芯片音乐曲谱，数量不定，最少需要10首，其数量决定了所构造的秘密字典的大小，较大的秘密字典在后续的加密中可提供更多音调变化。
本方案选取120首芯片音乐，将主音轨的部分进行分离，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法找出频繁子序列，在子序列长度的选择中，选取长度为3的子序列，其结果见表1。在出现频率大于0.1的子序列中选取前16位，并分别对应十六进制中的0～f，这种对应关系就是秘密字典，见表2。
表1：子序列及其出现频率表
注：{C-3}意为：中央C调。
表2：秘密字典表
S2获得含密音频文件
将秘密信息转化为十六进制的信息，然后对照秘密字典得到曲谱，将曲谱输入到芯片音乐生成软件中得到含有秘密信息的芯片音乐文件。
该步骤为含密音频生成的步骤，通过将秘密信息转化然后对照音调字典得到曲谱，再将曲谱输入到芯片音乐生成中得到含有秘密信息的芯片音乐。
如图1所示，假设秘密信息为文本信息，文本信息到十六进制格式需要进行转化，为满足不同语言的需要，选用编码为Unicode编码，Unicode编码为每种语言中的每个字符设定了统一并且唯一的二进制编码。如秘密可转化为111100111011000，101101111000110。再转化为十六进制为79d8,5bc6。分别对照秘密字典转化，如7对应G-2，G-2，G-2，组合后得到主音轨即曲谱。将所得到的曲谱输入到FamiTracker软件即专业用于生成芯片音乐，就可得到含有秘密信息的音频，格式为wav文件。
实施例2：
本发明公开了一种基于音频信息隐藏的方法，基于实施例1的步骤，还包括如下步骤：
S3解密含密音频文件
提取含密音频文件中的音频数据，将音频数据根据节拍数进行切分获得音频片段，将每个音频片段通过YIN算法获得对应的音调，将音调通过秘密字典转化获得秘密信息。
该步骤为含密音频解密的步骤，接收者将收到的音频文件输入到信息提取部分中，得到秘密信息。
接收者在收到含密音频后需进行解密后才可得到秘密信息，解密步骤如下：wav文件经过python的wave库提取出其中的音频数据，将音频数据根据节拍数进行切分后得到音频片段，将每个音频片段通过YIN算法，得到对应音调，再通过秘密字典转化为秘密信息。YIN算法为用于语音和音乐的基频即音高的估计算法，《YIN,a fundamental frequencyestimator for speech and music》。
实施例3：
本发明公开了一种基于音频信息隐藏的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，存储器和处理器形成电子终端，所述处理器执行计算机程序时实现实施例1的步骤。
实施例4：
本发明公开了一种基于音频信息隐藏的装置包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，存储器和处理器形成电子终端，所述处理器执行计算机程序时实现实施例2的步骤。
实施例5：
本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例1中的步骤。
实施例6：
本发明公开了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现实施例2中的步骤。
相对于上述实施例，其中的程序模块还可以为采用现有逻辑运算技术制成的硬件模块，实现相应的逻辑运算步骤、通信步骤和控制步骤，进而实现上述相应的步骤，其中的逻辑运算单元为现有技术不再赘述。
本技术方案的优点如下：
1.隐蔽性：
音频文件的相似与不同都是以人的感受作为区分，计算机无法理解这种感受，但音频文件中存在多种特征，如节拍，音高等，可通过对音频文件的特征进行度量的方式判定是否含有隐藏内容。选用卡方统计量和RS分析值进行度量。
卡方统计量：在通过LSB隐写方式处理后，其最低位会呈现01占比均为一半的情形，本申请的方案通过生成一个全新的音频，其最低位01占比完全随机，不会被发掘。LSB即最低有效位。
RS分析值：RS分析通过对比音频文件的原始RS值和经过隐写处理后的RS值来判断是否存在隐写信息。RS值表示的是音频信号中各个频率分量的相对强度。在本申请中正常芯片音乐计算得出的RS分析值的均值为0.254/KB，由秘密信息生成的音乐计算得出的RS分析值的均值为0.375/KB，相差较少，无法通过RS分析值判断是否存在秘密信息。RS分析即Resilience-Strength analysis。
生成式的方案无法被RS分析或者隐写概率分析的方式查出，同时生成的音频文件在观感上同样不易被察觉。
2.鲁棒性：音频文件在面对压缩，噪声，混响等攻击时仍然可保留秘密信息。
3.隐藏容量：隐藏容量取决于音频文件的长度，具有较大的隐藏容量。
本申请相对于现有技术方案对比分析，有益之处如下：
隐蔽性方面：
相对于第三现有技术方案，本申请的技术方案，相比修改式的方案，无载体生成式的方案首先不会存在原始信息，因为含有秘密新的文件是一个新的文件，且没有密码词典的情况下也无法通过数据分析的方式得到秘密信息。
相对于第四现有技术方案，本申请的技术方案，音频和文本作为日常生活中经常面对的文件，具有更易传播的性质，同时不容易引起别人的发觉，本方案采用生成式的方式生成一个音频片段，同时音频风格是芯片音乐即8bit音乐，除接收者外其余人最多感受到是一个较为单调的音乐片段，而不会加以怀疑。
鲁棒性方面：
相对于第二现有技术方案、第三现有技术方案和第四现有技术方案，本申请的技术方案，是基于音频，但区别在于秘密信息隐藏在音调组合中，加噪或者压缩不会对音调组合发生变化，使得秘密信息不会被影响。
隐藏容量方面：
相对于第五现有技术方案，本申请的技术方案，不同于宋词有着严格的长度要求，音频文件所能隐藏的信息取决于音频文件的长度，音频文件具有较大的隐藏容量。
Claims (10)
1.一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：包括如下步骤，
S1获得秘密字典
获得至少十首的芯片音乐曲谱，从每一芯片音乐曲谱中分离获得主音轨的部分，转化为文本格式并通过序列模式挖掘的方法获得频繁子序列，选取长度为3的子序列，基于出现频率选取前16位的子序列，获得秘密字典；
S2获得含密音频文件
将秘密信息转化为十六进制的信息，然后对照秘密字典得到曲谱，将曲谱输入到芯片音乐生成软件中得到含有秘密信息的芯片音乐文件。
2.根据权利要求1所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S1中，获得120首芯片音乐曲谱。
3.根据权利要求1所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S1中，所述基于出现频率选取前16位的子序列获得秘密字典的步骤包括在出现频率大于0.1的子序列中选取前16位，并分别对应十六进制中的0～f，获得秘密字典。
4.根据权利要求1所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S2中，芯片音乐生成软件为FamiTracker软件。
5.根据权利要求1所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S2中，芯片音乐文件是格式为wav的文件。
6.根据权利要求1所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：还包括如下步骤，
S3解密含密音频文件
提取含密音频文件中的音频数据，将音频数据根据节拍数进行切分获得音频片段，将每个音频片段通过YIN算法获得对应的音调，将音调通过秘密字典转化获得秘密信息。
7.根据权利要求6所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S3中，所述提取含密音频文件中音频数据的步骤包括将芯片音乐文件经过python的wave库提取出音频数据。
8.根据权利要求6所述的一种基于音频信息隐藏的方法，其特征在于：在步骤S3中，YIN算法为用于语音和音乐的基频的估计算法。
9.一种基于音频信息隐藏的装置，包括存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述处理器执行计算机程序时实现权利要求1至8中任意一项基于音频信息隐藏方法相应的步骤。
10.一种基于音频信息隐藏的装置包括计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项基于音频信息隐藏方法相应的步骤。
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