一种基于数字指纹的语音完整性保护方法

专利名称：一种基于数字指纹的语音完整性保护方法
技术领域：
本发明涉及数字水印、语音通信、数据编码等多方面信息处理技术。简言之，本发 明提出了一种新型语音数字水印技术实施方法，实现了在语音通信过程中，实时地向语音 信号内嵌入抗压缩数字指纹数据，进而为语音信号提供完整性保护这一应用需求。
背景技术：
近二十年来个人通信业务蓬勃发展，先是固定电话进入千家万户为人们创造了便 利的通讯环境，随后移动通信业务也步入了人们的日常生活，进一步拉近了人与人之间的 距离。在此环境下，新闻媒体的信息采集方式也发生了很大转变，大量电话采访不断涌现； 而且，随着数字音频处理技术的发展与普及，越来越多的非专业人员通过一般的音频编辑 软件便可轻而易举地对原始音频素材进行编辑；虽然这种工作方式大大地提高了媒体工作 者的工作效率、促进了我国媒体事业的蓬勃发展，但也为一些不法记者创造假新闻提供了 便利条件。为妥善解决此问题，科技工作者必须提出新的技术解决途径，而近年来兴起的数 字水印技术为人们提供了新思路。例如，记者进行电话采访时，如果被访问人不希望一些关 键话语被记者重新编辑，那么用户可在关键话音部位实时地嵌入一些鲁棒性较强的完整性 保护信息及版权归属信息，以便出现纠纷后利用科技手段来验证语音数据的来源及其完整 性。经调研发现，传统的音频水印算法及其实现技术存在如下缺陷。传统音频水印算法的不足之处 传统的音频水印算法多是基于特定音频数据格式、特定压缩算法而制定的，它们 的适用范围较为狭小；·传统的音频水印算法多是针对各种音频文件等非实时数字载体而设计的，不适 用于实时通信系统；·虽然有一些传统的音频水印算法鲁棒性很好，但是大多数均不能抵抗语音通信 系统中的高强度语音量化压缩编码攻击。传统音频水印算法实现方案的不足之处·传统的音频水印算法多是在PC机上实现，其实现平台不具备便携性；·虽然部分音频水印算法可在嵌入式智能终端上实现(例如PDA)，但由于运算速 度过慢无法满足实时处理的需求； 传统音频水印算法无法在固定电话等一系列非智能终端设备中实现。当前，数字水印技术的发展趋势较为迅猛，人耳听觉模型的引入为音频水印算法 的研究提供了人类感官学上的科学依据，各类水印算法也层出不穷。这为我们研究针对语 音通信系统的数字水印技术应用方案提供了宽广的理论基础。本发明以数字水印技术为基 础，历经大量的研究实验后，提出了一种基于数字指纹的语音完整性保护方法。从实施本方法所需的硬件支持平台来看，越来越多高性能、低价格、低功耗、嵌入 式硬件设备及芯片广泛普及，这为我们开发一种低成本、高性能、嵌入式数字信号实时处理装置提供了强有力的技术支持。本发明综合考察了现有的数字音频处理方案，经多方论证 与实践，在DSP嵌入式硬件平台上实现了水印技术的开发与应用。从数字水印产品的发展现状来看，由于数字水印技术尚未发展成熟，多数研究仅 仅停留在理论层面上，因此成型的工程实践方案并不多见，而本发明提出了一种较为成熟 的数字水印技术工程应用方法。经实践验证，本发明提出的技术实现方法可满足工程应用 需求，可将数字水印技术的理论原理转化为实践应用，可广泛地应用在各类语音通信系统 中。

发明内容
本发明提出了一种基于数字指纹的语音完整性保护方法，本方法围绕于一种强鲁 棒性水印算法提出了一套较为完善的水印技术实现方案，其中包括水印算法实施方法、原 始水印数据编码方法、语音信号完整性保护方法，宏观上本方法可分为水印嵌入方法与水 印提取方法两部分内容。本发明提出的数字音频水印技术实施方法可简要地描述为·通信双方首先利用原有通信系统建立起正常的语音通信；·之后，由水印嵌入端发起对语音信号的实时处理，并利用既定水印算法对嵌入端 所采集到的语音信号进行处理，使之携带有水印信息；·水印嵌入端将处理过的语音信号通过原有通信系统发送出去；·水印提取端接收到携有水印信息的语音信号后，可利用既定水印提取算法实时 地处理提取端所采集到的语音信号，进而获取相应的水印信息，也可将接收到的语音数据 保存下来以备日后处理； 在此期间通话双方可正常通话。本方法所选用的音频水印嵌入算法通过在时域内对语音数据进行分组并在各个 数据组内调整信号能量比的方式实现了水印信息的嵌入，此水印算法能够抵抗一次RPE_ LTP有损压缩、两次AD转换和信道噪声攻击，具有很强的鲁棒性和较好的透明性(本方法支 持用户根据实际情况，选用其它强鲁棒性水印算法)。在水印数据提取同步方面，本方法采 用了能量头同步法，即水印提取端实时地监测语音信号的变化，当信号突变图样满足判决 条件后，系统自动启动水印提取处理的方法。此外，在水印信息提取过程中，为确保系统准 确定位信息提取点，本方法同时采用了重同步处理法，即在提取过程中，系统可根据能量同 步头信号所提供的基本定位信息来重新调整水印数据提取位置的方法，其中调整步长与调 整范围可由用户根据实际应用需求进行修改。在数据处理方面，为了减小水印信息的误码 率，提高纠错算法的运行速度，本方法采用了组合式编码方法对原始水印信息进行纠错编 码，从而大大提高了系统的误码纠错能力。在语音信号的完整性保护方面，本方法首先通过 反复嵌入数字指纹信息的方式增大了指纹信息的冗余度，提高了整体方法的抗剪切攻击能 力；随后又利用单向散列函数计算水印数据的消息摘要，并以此摘要信息来辅助验证水印 数据的完整性，进而反映出语音载体的完整性。为充分说明本方法提出的技术实现内容，对在此方法中所使用的算法及变量做如 下符号表征约定· CRC (χ)表示CRC循环冗余校验函数；
· BCH (χ)表示BCH编码函数；· DBCH(x)表示BCH解码纠错函数；· I (χ)表示交织编码函数；· DI (χ)表示解交织编码函数；· S1 (χ)表示水印同步头信号处理算法；· S2(X)表示水印提取过程中的重同步处理算法； · Em(x，y)表示数字水印嵌入算法；· Re (χ)表示数字水印提取算法；· H (χ)表示单向散列函数；data表示原始水印数据，Data'表示经编码算法处理的水印数据，Data"表示提 取后未经解码算法处理的水印数据；-Signal表示原始语音信号，Signal ‘表示经水印算法处理的语音信号，Signal “ 表示Signal'经信道传输后由水印提取端得到的语音信号。· Token表示定位标志，此标志由两部分内容组成——受保护语音数据段编码、段 内水印数据小组编码，用来标示各小组水印数据的段编号及段内小组编号。(一 )原始水印数据编码方法原始水印数据编码方法的设计原理如图2所示，此方法可描述为(1)水印嵌入端 原始水印数据Data，将首先通过CRC编码处理得到CRC (Data) = Data+CRC，其中 CRC表示Data的校验码；·之后，经过BCH编码处理得到BCH [CRC (Data)]；·最终，经过交织处理得到 Data‘ = I {BCH[CRC (Data) ]}。(2)水印提取端·提取出的水印信息Data"，将首先通过解交织编码处理得到DI (Data")；·之后，经过BCH纠错处理得到DBCH[DI (Data")]；·最终，经过CRC循环冗余校验处理得到CRC {DBCH[DI (Data" )]}；·如果CRC校验正确，则可通过CRC {DBCH [DI (Data 〃)]}还原出Data ；·如果CRC校验错误，则表示误码率过高，无法通过上述纠错编码正确恢复出原始 水印数据Data。在原始水印数据编码方法中引入CRC循环冗余校验是为了检验水印数据的正确 性，而BCH纠错编码是为了纠正由于载体语音信号在传输过程中发生波形畸变而引起的 随机性水印数据错误；由于信道中随机性突发错误多为连续错误，而这种错误图样不利于 BCH纠错编码发挥有效作用，因此为了分散连续错误，本方法引入了交织编码处理，其中交 织深度可由使用者根据实际应用情况自行设置。( 二 )水印算法实施方法本方法所选定水印算法的实现过程如图3所示，以任意小组水印数据包的嵌入过 程为例，此方法可描述为 通话双方建立正常的语音通信之后，首先由水印嵌入端对语音信号进行处理，得 到同步头信号S1 (Signal)，该信号为能量突变式信号；
水印嵌入端完成同步头信号S1(Signal)嵌入操作之后，立即启动水印嵌入处理， 将待嵌入水印数据Data'利用既定水印嵌入算法嵌入到原始语音信号Signal内，从而得 到携带有水印信息的语音信号Signal' =Em(Signal,Data')，此过程为实时处理过程；·水印提取端实时地监测语音信号的变化，如检测到信号发生了突变，且通过了 信号匹配处理、满足了判决要求(水印提取端保存有相同的同步头信号样本)，则水印提 取端将立即启动水印提取处理，利用既定水印提取算法处理信号Signal"，得到Da ta"= Re (Signal")；·水印提取端提取出Data"后，利用图2所示的数据处理方法对Data"进行解码 处理；如果CRC{DBCH[DI (Data" )]}校验正确，则可正确恢复出原始水印数据Data ；·如果CRC{DBCH[DI(Data" )]}校验错误，则水印提取端需要对采集到的语音信 号进行重同步调整，通过微小地移动提取定位点可得到S2(Signal")；·之后，水印提取端将再次利用既定水印提取算法得到Data “= Re [S2 (Signal “)]，并尝试恢复出原始水印数据Data ； 如果经反复尝试后，水印提取端未能恢复出原始水印数据Data，则水印提取处理 失败；如果经反复尝试后，水印提取端恢复出原始水印数据Data，则记录正确提取位置，为 下一次提取定位提供参考点。本方法所采用的能量突变式水印同步头设计可大大提高同步提取的成功率，本设 计充分考虑了高压缩比语音信道编码对语音信号波形的影响，利用高能信号受语音编码影 响小的特性成功地实现了水印提取的同步定位；经实践发现，水印提取过程中同步定位点 会随着传输时间的增长发生漂移，进而影响到水印数据的正确提取与恢复，故本方法采用 了重同步处理措施，即在水印提取过程中不断地对同步定位点进行微小调整，以此来及时 地修正定位点偏移，实现了水印提取的精确同步。(三)语音信号完整性保护方法为了使本方法提出的水印技术能够充分保护语音信号的完整性，相关水印信息应 具有较强的鲁棒性(特别是抗剪切式攻击的能力)，以保证水印提取设备可从被剪辑的语 音信号中恢复出部分水印数据，保证用户通过提取出的水印信息可明确判定相应语音信号 是否完整。为满足上述应用需求，本发明提出了完善的语音信号完整性保护方法，图4以任 意一段受保护语音信号为例给出了处理结果，结合图例本方法可描述为 水印嵌入端，用户发起对语音信号的保护处理后，系统将在受保护语音信号的起 始位置嵌入一段水印同步头信号S1(Signal)——该信号持续时间很短，对正常语音信号的 听觉效果影响较小；·同步头信号嵌入完成后，系统立即将经过了数据编码处理的定位标志Token、音 频数字指纹信息、“时间戳”信息作为原始水印数据嵌入至受保护语音信号之中，得到携带 有数字指纹信息的语音信号Signal' =Em(Signal,Data')，从而完成小组水印数据的嵌 入处理；·而后，系统将利用相同的方式，再次向后续受保护语音信号内部嵌入水印同步头 信号S1(Signal)、数字指纹信息等数据内容，从而提高算法冗余度、增强水印数据的抗攻击 能力；·系统将循上不执行上述水印信息嵌入过程，直至用户终止保护处理；
·用户需要终止保护处理时，系统将利用单向散列函数计算出整段受保护语音信 号内、所有小组水印数据的消息摘要H(Data)，并将此摘要信息连同结束标志End、定位标 志Token嵌入至受保护语音信号的末端，以结束语音保护处理；·水印提取端需要对某段受保护的语音信号进行信号完整性验证，或是需要鉴别 语音信号的归属信息时，水印提取系统将根据语音信号内每个同步头信号所提供的提取定 位点，对受保护语音信号进行水印提取处理，恢复出水印信息Data" =Re (Signa l")；·系统通过解码处理恢复出所有原始水印数据之后，用户根据各组数据内所包含 的数字指纹信息，可明确判知某段语音信号的归属信息； 随后，以End标志为终止点、以水印数据中的Token为分段依据，计算段内所有水 印数据的消息摘要，并将此值与从语音信号中提取出的摘要值作比对——如果相同，则证 明相关语音信号是完整的；如果不同，则证明相关语音信号受到攻击，且通过Token中的小 组编号可明确判知哪些信号片段受到攻击；(小组编号为连续性编号，用户可通过缺失的 号码来判断哪些信号片段受到了攻击)；·如果水印提取端未恢复出End标志，则证明相关语音信号有部分缺失；水印提 取端需根据后续同步头信号的与当前受保护语音信号之间的距离，以及后续水印数据中的 Token来判知End是否丢失。·如果水印提取端未能从语音信号中恢复出消息摘要，则说明相关语音信号波形 有所失真，用户可根据已提取出的水印信息进一步判断其原因。本方法首先通过反复嵌入同步头信号及数字指纹数据的方式来提高水印信息的 冗余度，使得个别语音片段的丢失不对水印数据的提取处理带来巨大影响，从而提高了整 体方法的抗剪切攻击能力，保证了较高的指纹信息正确提取率；同时本方法引入了 “时间 戳”及单向散列函数等处理措施，为判定水印数据是否完整提供了技术保障，进而也为如何 验证语音信号的完整性提出了技术解决途径。本发明提出的技术实施方法中所采用的数据编码处理方法可大幅提高整体方法 的误码纠错能力；本发明提出的水印提取同步方法可在较强的信道噪声影响下，成功地实 现水印提取同步定位；提取过程中所采用的重同步处理可纠正由于信号衰减、信号时延所 带来的水印提取同步定位错误；本发明提出的基于数字指纹信息的语音信号完整性保护方 法中，首先利用反复嵌入数字指纹信息的方式增强了整体方法的抗剪切攻击能力，提高了 数字指纹信息的正确提取率，之后又利用单向散列函数对段内水印数据计算消息摘要的方 式，为水印提取端验证水印信息是否完整、载体信号是否完整提供了科学方法。


图1是本发明的总体设计方法实施流程图。图2是本发明的水印数据编解码方法设计图。图3是本发明的水印算法实施方法设计图。图4是本发明的音频数据流及水印数据流结构示意图。
具体实施例方式本发明提出的数字水印技术实施方法适用于嵌入式硬件平台，特别是基于DSP芯片的嵌入式实时语音信号处理平台。本方法所采用的水印数据处理算法、水印嵌入提取算 法、语音信号完整验证算法均具有算法原理简便、运算速度快、对硬件资源要求较低等优 点。本发明利用DSP嵌入式语音信号处理平台，依据前文所述的设计方案，成功地开发出了 一套数字水印技术应用设备。本发明所采用的DSP嵌入式硬件平台具有一定的可编程能力 及数据存储功能，并配有音频信号采集模块及USB模块，通过USB模块可实现与PC之间的 信息交互。为了更为清晰地描述本发明的具体实施方式
，图1给出了总体设计方法实施流 程 利用DSP硬件设备对语音信号进行保护处理之前，操作者须首先将DSP设备串联 接入至原有通讯系统中，以便设备从原有通讯系统内截获原始语音信号，进而嵌入水印数 据Data对信号形成保护； ·随后，操作者须利用PC将数字指纹信息等原始水印数据Data通过USB接口下载 至DSP装置内的数据存储设备之上； 之后，DSP硬件装置将对原始水印数据Data进行数据编码处理，从而得到待嵌入 水印信息 Data' = I{BCH[CRC(Data)]}； 双方建立起正常的语音通信后，操作者可随时启动语音信号保护处理，将待嵌入 水印信息Data'实时地嵌入至受保护语音信号内，从而产生携带有水印信息的语音信号 流，并利用原有通信设备将Signal ‘发送给话音接收方；·实施水印嵌入处理时，水印嵌入端的DSP设备将缓冲一定量的音频样点数据，并 利用语音信号处理算法生成同步头信号S1(Signal)；之后，立即启动水印嵌入处理将待嵌 入水印数据Data'嵌入至原始语音信号中，得到Signal' = Em(Signal, Data')；·音频数据流Signal'中所携带的水印数据流由一系列分组数据包组成，其结构 如图4所示；其中Pack为交织编码数据包，Group为BCH分组数据包，BCH分组数据包中End 为水印数据流结束标志，每一个未经BCH编码的分组数据包由原始水印数据Data及其CRC 循环冗余校验码组成；每一个Pack数据包内含有一组完整的语音数字指纹信息、“时间戳” 以及定位标志Token ；·图4中一个Pack包含有三个BCH分组数据包，此结构可根据应用需求随时调整 (可适量增加BCH数据包个数)；Pack分组包的引入是为了增加交织深度，将连续性随机错 误有效地分散到各个BCH编码组中、提高编码纠错效率； 水印嵌入端，DSP设备以一个同步头信号配合一个Pack数据包的方式，反复嵌入 数字指纹信息，其目的是要提高指纹信息的冗余度、增强系统的抗剪切攻击能力；·水印嵌入端，操作者取消对语音信号的保护时，DSP设备会将受保护段内水印数 据的消息摘要H(Data)、结束标志End、定位标志Token作为终止数据包嵌入至受保护语音 信号的末端，以自动终止对语音信号的保护处理；·对语音信号的保护处理结束后，用户无需进行额外操作，DSP装置将平稳地过渡 至无水印处理状态；·水印提取端进行水印提取处理时，DSP设备将首先缓冲N1个Signal “音频样点 数据并搜索同步头信号，其中N1应大于一个完整小组水印数据所对应的语音信号长度；探 测到同步头信号之后，DSP设备将根据该信号提供的定位信息，对缓冲区内N1个Signal" 音频样点进行水印提取处理，从而得到Data" =Re (Signal")；
·提取出Data"后，DSP设备将以图4所示的结构为基础拆分Data"数据包，并 对其进行解交织处理，得到DI (Data")；之后再按照BCH分组结构对DI (Data")进行纠 错处理，得到DBCH[DI (Data")]；最终将利用CRC算法对DBCH[DI (Data")]进行校验，如 果CRC{DBCH[DI(Data" )]}结果正确，则表示水印提取操作准确无误，可还原出原始水印 数据Data ；
·如果CRC{DBCH[DI(Data" )]}校验错误，则表示以当前同步定位点为基准无法 正确恢复出原始水印数据Data，水印提取端需对N1个Signal"音频样点进行重同步调整， 得到S2(Signal")；完成调整后，水印提取端将再次利用水印提取算法对S2 (Signal")进 行处理，得到Data" = Re[S2(Signal")]并尝试从Data"恢复原始水印数据Data ； 如果经反复重定位调整后，水印提取端仍然不能恢复出原始水印数据Data，则表 示本组数据错误过多，水印提取操作失败；·水印提取端提取出结束标志End后，设备将自动终止水印提取处理过程；通过各 小组水印数据包中所含有的数字指纹信息，用户可明确判知受保护语音信号的归属信息； 随后设备根据各小组水印数据中的定位标志Token，利用单向散列函数对同一受 保护语音信号段之内的所有水印信息计算消息摘要，并将此摘要值与提取出的摘要值作比 对；如果值相同，则说明受保护语音信号是完整的；如果值不同，则说明部分语音信号发生 了波形变化，这时，用户可进一步根据Token中的水印数据小组编号来判知哪些信号片段 受到了攻击(小组编号为连续性编号，用户可通过缺失的号码来判断哪些信号片段受到了 攻击)；·如果水印提取端未恢复出End标志，则证明相关语音信号有部分缺失；水印提 取端需根据后续同步头信号的与当前受保护语音信号之间的距离，以及后续水印数据中的 Token来判知End是否丢失。·如果水印提取端未能从语音信号中恢复出消息摘要，则说明相关语音信号波形 有所失真，用户可进一步根据已提取出的水印信息做出综合判定。·水印提取端恢复出原始水印数据之后，操作者可利用装置内的USB接口将提取 出的水印信息上传至PC显示；同时设备也可上传一些辅助判定信息(例如未完全恢复的水 印数据)，为综合分析错误原因提供数据支持。本发明提出了一种基于数字指纹的语音完整性保护方法，其特点在于(1)本方 法围绕于一种强鲁棒性水印算法提出了一套较为完善的水印技术应用方案；(2)本方法采 用了能量突变式水印提取同步法，此方法可在较强的噪声环境影响下有效地实现提取同步 定位；(3)在水印提取过程中，为进一步提高同步准确率，本方法采用了动态重同步处理方 法，即通过动态调整同步定位点的位置来消除由于信道时延所带来的位点漂移；(4)本方 法提出了完善的组合式水印数据编码方法，包括采用CRC编码来检验水印数据是否正确， 采用BCH编码来纠正数据误码、采用交织编码来分散连续性随机错误；(5)本方法利用反复 嵌入小组水印数据的方式提高了整体方法的抗剪切攻击能力，同时利用单向散列函数来辅 助系统判知受保护语音信号是否完整；本方法将各类算法有机地结合在一起，实现了水印 技术的工程应用，且算法结构紧凑、对实现平台的硬件资源要求较低。
权利要求
一种基于数字指纹的语音完整性保护方法。本方法依托于一般语音通信系统，以数字水印技术为基础，实现了在通信过程中实时地向话音信号中嵌入数字指纹信息、完整性验证信息这一技术内容，构建了以数字水印信息为判定依据的语音信号完整性保护方法。本方法主要由以下三部分内容构成，即(1)水印算法实施方法；(2)原始水印数据编码方法；(3)语音信号完整性保护方法，具体实现步骤如下1)水印嵌入端，首先对原始水印数据Data进行纠错编码处理，可得到待嵌入水印信息Data′；此编码方法为组合式编码方法，其内容包含错误分散编码算法(交织编码算法)、纠错编码算法(BCH编码算法)与检错编码算法(CRC编码算法)；2)用户发起对语音信号的保护处理之后，水印嵌入端将利用语音处理算法生成能量突变式同步头信号S1(Signal)，并将该信号嵌入至受保护语音信号段内；3)随后，水印嵌入端立即启动水印嵌入处理，将待嵌入水印信息Data′嵌入至受保护语音信号中，得到Signal′＝Em(Signal，Data′)，以完成小组水印数据的嵌入处理；4)水印嵌入端不断重复上述同步头信号及小组水印数据的嵌入过程(各小组水印数据内，数字指纹信息相同)，直至用户终止对语音信号的保护；5)当用户终止对语音信号的保护处理时，水印嵌入端将利用单向散列函数计算受保护语音信号段内所有水印数据的消息摘要，并将此摘要值连同结束标志End、定位标志Token作为最后一组水印数据嵌入至受保护语音信号的末端，结束保护处理；6)Signal′经过信道语音压缩编码后会有一定波形损失并夹杂一些信道噪声，因此水印提取端得到的信号为Signal″；7)用户需要对语音信号进行完整性验证时，水印提取端将立即启动水印信息提取处理；首先提取端探测到语音信号中的同步头信号之后，将根据该信号提供的定位信息，对Signal″进行水印提取处理，可得Data″＝Re(Signal″)；8)之后，水印提取端对Data″进行解码处理，如果CRC{DBCH[DI(Data″)]}校验结果正确，则可恢复出原始水印数据Data；如果CRC{DBCH[DI(Data″)]}校验结果错误，则水印提取端须利用重同步算法处理语音信号Signal″，可得S2(Signal″)；9)如果有Data″＝Re[S2(Signal″)]，且CRC{DBCH[DI(Data″)]}校验结果正确，则表示通过重同步调整可恢复出原始水印数据Data；如果经反复重同步处理后仍然无法恢复出原始水印数据，则说明此组水印数据误码率过高，水印提取失败；10)水印提取端将反复执行上述水印提取处理过程直至提取出结束标志End，用户可通过任意小组水印数据内的数字指纹来判定语音信号的归属信息；11)随后，水印提取端将以各小组数则内的Token编号为分段依据，计算段内所有水印数据的消息摘要，并将此摘要值与提取出的摘要值作比对；如果值相同，则说明受保护语音信号是完整的；如果值不同，则说明相关语音信号波形有所失真，用户可进一步根据Token中的水印数据小组编号来判知哪些信号片段受到了攻击(小组编号为连续性编号，用户可通过缺失的号码来判断哪些信号片段受到了攻击)；12)如果水印提取端未恢复出End标志，则证明结尾语音信号波形有所失真；水印提取端需根据后续同步头信号的与当前受保护语音信号之间的距离，以及后续水印数据中的Token来判知End是否丢失；13)如果水印提取端未能从语音信号中恢复出消息摘要，则说明相关语音信号波形有所失真，用户可根据已提取出的水印信息进一步判断其原因。步骤1)中在对原始水印信息Data进行编码处理之前，须按照BCH编码要求对Data进行数据分组，应满足CRC(Data)的数据长度符合所选用的BCH编码长度；为提高步骤1)中交织编码的错误分散效率，须将多个BCH分组数据包组合起来进行交织处理。步骤2)中的能量同步头信号为高能信号，水印提取端保留有相同的信号样本，系统进行同步头信号探测时，会将该信号与接收到的同步头信号做自相关处理，相关性最高处便为同步定位点。步骤8)中重同步算法的原理是在时域内动态调整水印提取定位点，其中调整步长以及调整范围可由用户根据实际应用需求自行设定。
2.根据权利要求1中所述的原始水印数据编码方法，其特征是编码方法包含了三类 成熟的编码技术，即用于分散信道连续性突发随机错误的交织编码、用于纠错的BCH线性 分组编码、用于检查错误的CRC循环冗余校验码；方法的设计原理可表述为首先通过交织 编码将连续性突发错误分散到各个BCH数据组内以提高编码方法的纠错效率，再利用BCH 编码纠正各个数据组内的错误以提高传输正确率，最终利用CRC编码检测数据的正确性， 本组编码算法进一步包含如下步骤1)对原始水印信息Data进行数据分组，并通过CRC编码得到CRC(Data) = Data+CRC, 其中CRC表示Data的校验码；2)通过BCH 编码处理 CRC (Data)得到 BCH[CRC (Data)]；3)将三组BCH数据组合在一起进行交织编码得到Data'= I {BCH[CRC (Data) ]}，从而 完成水印数据的组合式编码处理过程。
3.根据权利要求1中所述的语音信号完整性保护方法，其特征是利用单向散列函数 对受保护语音信号内所有水印信息进行处理得到消息摘要H(Data)，并将此摘要信息嵌入 至受保护语音信号的末端；用户根据恢复出的摘要数据H(Data)可判定提取出的水印数据 是否完整、可验证水印数据的载体信号是否完整；同时，用户可进一步根据水印数据中的定 位标志Token来判知哪些语音片段受到了攻击。
全文摘要
本发明提出了一种基于数字指纹的语音完整性保护方法。本方法以音频数字水印技术为基础，开辟了一条较为完善的语音完整性保护技术实现路径。首先，本方法提出了以交织编码、BCH编码、CRC编码技术为基础的组合式水印数据编解码方法，提高了系统的误码纠错能力；随后，本方法提出了以能量同步头信号为定位基准，以重同步处理为补充手段的水印提取同步方法，实现了水印提取操作的精准定位；最终，本方法提出了以水印信息为主体判定依据，以水印信息摘要为辅助判定依据的语音完整性保护方法，完成了语音完整性验证这一核心技术要求；根据本发明提出的技术实现内容，应用者可在正常的通信过程中实时、透明地向语音信号内嵌入语音完整性保护信息。
文档编号G10L19/00GK101847409SQ20101013225
公开日2010年9月29日 申请日期2010年3月25日 优先权日2010年3月25日
发明者刘玮立, 张茹, 曹晨磊, 钮心忻, 陈刚 申请人:北京邮电大学