一种基于GSM的低码率语音信息隐秘传输方法
6 实验及结果
6．1 嵌入／提取MELP语音的步骤
嵌入主要步骤：
1)对于每帧GSM语音信号，选取所有第六类n=69组成69比特宿主可修改矢量a，当L=24时，2L×69单位增广矩阵共有
种，取其中任一种作为单位增广矩阵H。根据矩阵H(密钥2)和宿主可修改矢量口计算向量s=Ha；2)对MELP机密语音由密钥1进行初始加密。加密算法采用简单异或加密或DES加密。根据已加密分段的MELP语音c计算向量
若d=0，则不需进行任何修改；否则，在2L×69单位增广矩阵中必可找出满足
条件的k列(k≤L)：hi1，hi2，…hik。将可修改矢量a中与这K≤L个列矢量所对应的比特位分别取反即得到嵌入机密语音c后的GSM数据矢量a’(见式(7)。提取主要步骤：
1)在接收端接收到a’后，采用与发送端相同的单位增广矩阵H，计算
c即为加密后的MELP语音；2)得到c后，再用密钥1解密，组合后就可得到所嵌入的一路2．4kb／s MELP机密语音。
6．2 实验结果
为了验证该算法，在局域网中进行了模拟实验。工作平台为Windows 2000，采集的音频信号为16比特线性PCM音频信号，采样时间为8s，共64000个样点。采用GSM编码，每帧GSM语音(20ms)中的69比特宿主可修改矢量，最多修改其中的L=24比特，相应嵌入2L=48比特MELP编码(20ms)的语音信息。
嵌入MELP语音后的语音与原宿主语音的对比采用峰值信噪比．PSNR(Peak SNR)进行衡量：本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/158070.htm
这里取K=64000。其中x(n)为原始PCM语音；y(n)为原始语音仅GSM编码传输解码后的PCM语音；y’(n)为相应的GSM语音嵌入MELP语音后传输、解码后的PCM语音。
图2给出了一组语音的实验结果，图2(b)相对于图2(a)的PSNRl=31．65dB，图2(c)相对于图2(a)的PSNR2=25．9ldB。图2(d)～(f)给出了所嵌入的MELP语音的波形。其中横轴是样点个数，纵轴是幅值(单位为5V／216)。
模拟实验表明，在GSM编码语音中可实时嵌入一路2．4kb／s的MELP编码的机密语音，嵌入后的GSM语音仍具有较好的音频质量。
在局域网传输的情况下，由于基本上无噪声影响，嵌入的2．4kb／s MELP编码的机密语音在实验室有100％的正确提取率，实验表明图2(e)与图2(f)的MELP文件完全相同，波形也完全相同。表2给出了10组实验的统计结果，实验中MELP机密语音在不考虑噪声影响的条件下正确提取率均为100%。
嵌入MELP语音后的GSM语音相对于原GSM语音，非专业人员难以分辩出二者的区别，在实验室请10人分别对多段嵌入MELP语音后的GSM语音与原GSM语音进行分辩，均未觉察出二者的明显区别。
另外还对加密的MELP语音进行了纠错编码和交织后，再嵌入的实验，以增加系统的可靠性。采用线性分组Hamming纠错编码，可纠正单比特错误。若数据位为m，监督位为k，则编码长度为n=m+k，需满足：2k一l≥n;n=m+k。这里取m=48，k=6，n=54。纠错编码后的数据交织后再进行嵌入。每帧GSM语音最多修改27比特，相应嵌入54比特数据。模拟表明当信道噪声或其它因素导致GSM语音丢失1帧信息时(最小丢帧间隔不小于54帧时)，丢失帧所嵌入的机密语音可以全部由纠错码纠回。
7 结论
通过对GSM语音码流的分析，给出了一种将一路2．4kb／s的混合激励线性预测(MELP)编码的机密语音嵌入在另一路13kb／s的GSM语音码流非敏感比特中的一种方法。在每2L+l可修改比特中，通过最多只修改其中的L比特，便可嵌入2L比特的数据。
该方法主要采用了一个二值矩阵及异或运算，运算复杂度不高，易于硬件实现。
实验结果表明，该算法可隐藏的数据量较大，具有较好的安全性。进而可用于较大容量的流媒体信息的隐藏及隐秘传输，如隐形手机的研究等。
本文主要讨论了2．4kb／s低码率语音到GSM编码语音的嵌入／提取方法，进一步提高系统的抗干扰能力尚需进一步研究。
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