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低速率语音编码中的信息隐藏研究与实现

作　者: 肖博
导　师: 黄永峰
学　校: 清华大学
专　业: 信息和通信工程
关键词: 互补邻居顶点算法低速率语音编码信息隐藏矢量量化码本划分
分类号: TN912.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 38次
引　用: 2次
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内容摘要

低速率语音编码中的信息隐藏问题是信息隐藏领域的难点,也是构建信息隐藏通信系统的基础。通过修改编码的矢量量化环节实现嵌入是一种主要方法,其中码本分组是否合理决定了信息隐藏的隐蔽性优劣。本文基于QIM方法和图论,提出了优化的码本分组算法,即互补邻居顶点算法(CNV)。该算法对于任给的码本,可以保证划分结果使得每个码字和它最近邻的码字分属不同的分组,且使得局部附加量化失真的极大值对各种划分方式取得其极小。在理论方面,本文首先利用图论建模,证明了上述两个结论。接着,通过反例分析了满足约束使得每个码字和它最近的两个或三个邻居顶点两两属于不同的分组的分组方式对任意码本不能普遍成立。为了分析给定的分组是否存在满足上述条件的分组方式,我们提出了基于回溯法的搜索方法。此外,提出了重复使用CNV算法将分两组的结果各自再分一次,得到近似优化的分四组的方法,改进了信息隐藏的容量。在实际编码方面,本文使用CNV算法对iLBC、G.729、G.723.1三种编码的LPC系数矢量量化码本做了划分,给出了分组结果并做了讨论。回溯搜索的结果表明不能对上述码本按照类似CNV的约束条件分多组,但近似优化的分四组的方法可以很好的成立。通过大量实验,发现CNV算法划分的平均量化误差小于随机划分,且有利于取得较小的最大量化误差。将上述划分应用于实际信息隐藏,对语音质量的主观评价表明主观感受不能区分嵌入机密信息的合成语音与普通的合成语音。采用平均LPC倒谱失真作为客观评价准则,发现CNV算法划分具有较好的语音质量,而近似分四组方法的效果也好于直接替换量化结果这一类方法。最后,将CNV方法应用于前期工作基于VoIP的信息隐藏通信系统中,通过实际应用验证了其有效性,传输速率和理论分析一致,满足实际应用需求,是目前较理想的隐藏方法。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-17
  1.1 信息隐藏研究背景  9-12
    1.1.1 信息隐藏的社会意义、基本概念和研究概况  9-11
    1.1.2 信息隐藏的经典方法  11-12
  1.2 本文工作选题与技术路线  12-17
    1.2.1 应用背景  12-14
    1.2.2 需要解决的问题及难点分析  14
    1.2.3 技术路线分析  14-15
    1.2.4 本文选题、贡献点与章节安排  15-17
第2章背景知识和相关工作综述  17-26
  2.1 低速率语音编码原理  17-19
    2.1.1 线性预测分析  17-18
    2.1.2 合成分析法  18
    2.1.3 编码参数的矢量量化  18-19
  2.2 相关工作评述  19-26
    2.2.1 划分公用码字组  19-20
    2.2.2 多级量化中减小误差  20-21
    2.2.3 借助遗传算法搜索优化分组  21-23
    2.2.4 码字聚类方法  23-24
    2.2.5 修改固定码本搜索方法  24-26
第3章互补邻居顶点算法  26-40
  3.1 模型的建立与图的构造  26-27
    3.1.1 模型的建立  26-27
    3.1.2 图的构造  27
  3.2 可二染色的证明  27-30
  3.3 顶点的染色  30-31
  3.4 组间顶点个数平衡  31-32
  3.5 局部附加失真极大值的极小性  32-34
  3.6 互补邻居顶点算法对分多组不成立  34-36
  3.7 分多组的搜索方法  36-38
  3.8 分四组的近似方法  38-40
第4章分组算法实验结果和分析  40-50
  4.1 所采用的低速率语音编码基本参数  40
  4.2 分两组的结果和分析  40-47
    4.2.1 直观结果  40-41
    4.2.2 分组结果数据  41-44
    4.2.3 关于分组方式多样性的分析  44-47
  4.3 分多组的结果和分析  47-50
    4.3.1 回溯法搜索结果  47
    4.3.2 分四组的近似方法的实验结果  47-50
第5章信息隐藏算法实验结果与应用  50-65
  5.1 实验方法与样本  50-51
    5.1.1 实验样本介绍  50
    5.1.2 算法说明  50-51
  5.2 量化误差分析  51-54
    5.2.1 平均量化误差  52-53
    5.2.2 最大量化误差分析  53-54
  5.3 主观评价方法与结果  54-55
  5.4 语音质量客观分析  55-63
    5.4.1 LPC倒谱失真计算方法  55-56
    5.4.2 在iLBC编码中隐藏信息的语音质量客观评价测试结果和分析  56-59
    5.4.3 在G.729编码中隐藏信息的语音质量客观评价测试结果和分析  59-60
    5.4.4 在G.723.1编码中的语音质量客观评价结果和分析  60-63
  5.5 在信息隐藏通信系统中的应用  63-65
第6章总结  65-67
  6.1 本文结论  65-66
  6.2 下一步工作  66-67
参考文献  67-70
致谢  70-71
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  71

低速率语音编码中的信息隐藏研究与实现

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