（毕业论文 字数：40722 页数：87）【摘要】近年来，利用信息隐藏技术为保密信息的安全传输提供非密码的安全途径，逐渐成为许多学术机构的研究热点，引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的保密通信方式。利用信息隐藏技术，以载体音频作为隐蔽虚拟信道传输保密语音，是一条有效保障语音通信安全的新途径。
本文在分析信息隐藏技术基本原理、研究现状、经典算法和现有的性能评价体系的基础之上，紧紧围绕基于网络点播的音频隐藏系统的功能要求进行了该系统的设计和实现。主要涉及到三项关键技术：经典的LSB水印嵌入提取算法，Microsoft DirectShow，和WinSocket网络编程。

【关键词】 信息隐藏,C/S构架,LSB算法,Mircosoft DirectShow,WinSocket

【Abstract】 In recent years, to transmit secret information by information hiding technology without using the code is an effective approach to realize information secure communication and becoming more and more popular in the research domain. The war of revolution in the information area especially in the intelligence war is also had something to do with it. The technology of data hiding which transmits secrecy voice useing audios for the carrier is made use of a new way to communication with others.
Here, the base theory of the technology of data hiding, the actuality of the reasch, the classical arithmetic and the estimate system of that theory are have analysed by us. Because all of those work, an entirety data hiding system is have designed and implemented by us. In this system, it involved three major technologys: the classical LSB arithmetic, Microsoft DirectShow and the winsocket network program.

【Keyword】 Data Hiding, C/S structure, LSB arithmetic, Microsoft DirectShow , WinSocket

目 录
第一章 绪论 6
1.1音频信息隐藏的研究背景和意义 6
1.2 研究现状 8
1.3本文研究意义 10
1.4本文研究目标 10
1.5本文研究内容和编排 10
第二章 音频信息隐藏技术的基本理论 12
2.1基本概念 12
2.2音频信息隐藏相关理论 13
2.3音频信息隐藏模型 18
2.4音频信息隐藏技术的基本要求 19
2.5音频信息隐藏技术的评价和基准 19
2.6音频信息隐藏技术的分类 22
2.7音频信息隐藏技术的隐藏算法 22
2.8针对音频信息隐藏技术的攻击 28
2.9本章小结 29
第三章 音频信息隐藏系统的设计 30
3.1系统构架选择 30
3.2系统主要功能介绍 32
3.3 系统流程图 33
3.4 数据流程图 34
3.5 完整的系统结构 34
3.6 开发多媒体应用程序需要考虑的问题 35
3.7本章小结 36
第四章 Mircosoft DirectShow介绍 37
4.1 DirectShow简介 37
4.2 DirectShow系统 37
4.3 DirectShow应用程序开发过程 48
4.4本章小结 50
第五章Windows Socket(WinSocket)网络编程 51
5.1 Socket介绍 51
5.2 开发环境配置 52
5.3重要的Winsocket API函数解析 53
5.4本章小结 62
第六章 音频信息隐藏系统的实现 63
6.1基于网络音频点播信息隐藏系统的结构设计 63
6.2音频隐藏系统的算法 64
6.3 多媒体数据处理 71
6.4 Socket网络通信 72
6.5 程序结构导读 75
6.6 系统性能评价 77
6.7 性能改进点 77
6.8本章小结 81
第七章 总结与展望 82
7.1全文总结 82
7.2未来展望 83
致谢 84
参考文献 85

第一章 绪论

1.1音频信息隐藏的研究背景和意义
信息隐藏(Information Hiding)源于古希腊，主要内容就是将秘密信息隐藏于另一非机密的文件内容之中。其形式可为任何一种数字媒体，如图像、声音、视频或一般的文档等，是一个覆盖范围较广的通用术语，这些问题超出了在内容里嵌入信息的范围。“隐藏”这个术语在这里可以指使信息不被感知（如在水印实现中）或对信息的存在进行保密。由于信息隐藏技术利用了人类感觉器官的感觉冗余，故隐藏后媒体文件的外部（视觉、听觉）特征并无明显变化，可以达到令人难以察觉的目的。近年来，信息隐藏技术作为非密码的安全途径引起了国际学术界和产业界的高度重视，成为信息安全领域新兴的研究热点。我国在信息隐藏方面的研究起步稍晚，但是已经引起了信息安全领域的研究人员的普遍关注。其中信息隐藏的分类如图1.1所示，
音频领域也是信息隐藏技术领域的一个分支，也日益成为倍受关注的新课题。本文研究的是应用于语音保密通信的音频信息隐藏技术，从实际应用需要和理论研究价值的角度出发，具有以下三点应用价值和意义：
首先，计算机网络和多媒体技术的发展使得大量数字作品被创造出来，近期关于电影、音乐等具有知识产权的数字作品的分发引起了如何确定数字作品的所有权问题。一种后选技术是数字水印技术，通过对数字作品中嵌入隐藏的版权申明，使得发生纠纷时作者能够证明其所有权。在音频和图片上不引起可感知退化，且难以被侵权者删除的方式是进行版权保护非常有效的技术手段。另外还有很多非抗性应用，如在音轨上加入购买信息的标记，以便于用户在车上听收音机中的一首歌曲的时候就可以通过一个简单的按键来订购CD。因此，信息隐藏技术已经引起了音乐，电影，书籍出版者的广泛关注，在具有知识产权的数字作品分发和保护上具有实际的应用价值。
其次，在现代战争能够中，即使通信内容已经被加密，敌人也会从发现一个信号而发起攻击。因此近50年来，大量隐秘通信相关的基本技术都获得了发展，如扩频通信技术和流星散射无线电技术等。如果在普通的传输介质中（如音频文件）在嵌入加密后的信息，利用普通播放音频的工具播放音频作品，既可以达到迷惑敌人的效果又可以使得保密信息传送到指定的地点，那样信息传输的安全系数将大大加高。
第三，密码术的民用化和网络技术的快速发展刺激人们更加关心发展网络上匿名通讯的自由，其中包括匿名电子邮件和网络代理等技术。在电子选举和电子现金方案中也广泛采用了匿名通讯技术来保护使用者的隐私权。目前，大量的组织和团体已经开始从事匿名通信，数字现金，网络音视频点播认证等方面的研究和开发，我们相信，随着电信业和电子商务的蓬勃发展，信息隐藏技术将成为未来研究的热点问题，其中音频信息隐藏作为信息隐藏技术的一个重要分支也将在这些领域中发挥越来越重要的作用。
应用于语音保密通信的音频信息隐藏技术的研究与应用，涉及语音压缩编码，数字音频信号处理，密码学，模式识别，数学，计算机科学等诸多领域，其研究成果将会丰富相关领域的理论研究；此外，国内外信息隐藏技术的研究还处于起步阶段，尚没有成型的理论、完备的方法以及实用化的产品。因此在这个领域中探索有很大的潜力可以挖掘。

1.2 研究现状
音频信息隐藏系统国内外研究现状
近年来，利用信息隐藏技术为保密信息的安全传输提供非密码的安全途径，逐渐成为许多学术机构的研究热点，引发了信息战尤其是网络情报战的革命，产生了一系列新颖的保密通信方式。针对保密通信中对于隐藏量、隐蔽性、安全性以及实时性的要求，结合本项目主要研究内容，从以下三个方面阐述国内外研究现状和发展趋势：
1）适用于保密语音的低速率、高稳健、可靠的混合编码策略
低码率的语音压缩编码是保证隐藏容量的关键。但是，由于现有的低速率编码算法对于特征参数的微小变动非常敏感，因此，仅仅依靠传统的语音编码方法，不能充分保证保密语音的安全，无法有效抵抗信道中的恶意攻击。
最近，将加密与压缩编码相结合成为保障多媒体数据安全的新方向。这类算法将加密过程与压缩编码过程相结合，同步完成，这样，由于既保持了较快的加解密速度，又保持了数据格式的不变性，而且利于数据在不解密情况下的可操作性，且这类算法的安全性与具体的加密和压缩过程有关，例如使用修改后的DCT变换来代替标准的DCT变换，由于修改后的DCT变换所含有的参数可以用作密钥，因此可将其用于图像、音频和视频的变换编码中来实现压缩和加密。
对待隐藏信息的置乱技术，作为数字图像、音频信息隐藏的预处理和后处理，其主要目的是将有视觉、听觉意义的数字图像或数字音频信号变成杂乱无章的比特序列，使其所要表达的真实信息无法直观地得到。它可以增加信息隐藏算法抵抗非法攻击的能力，以增加系统安全性。该方法使信源明文的统计特性隐藏得很深，难以对其进行统计分析，具有理想的安全性。借鉴数字图像的置乱技术，对保密语音码流进行预处理和后处理，主要目的是将有序的码流进行扰乱，一方面可以增加信息隐藏算法抵抗非法攻击的能力，另一方面可以分散错误比特的分布，从而进一步保证语音码流的安全可靠。语音置乱技术与数字图像领域的研究相比甚少，本项目将通过理论分析以及仿真实验，研究语音码流置乱策略对于保密语音恢复正确率的影响。
2）语义无损的信息隐藏算法
音频信息隐藏技术的研究主要集中在两个方面[1-3]，一是用于音频数字作品版权保护和完整性认证等的数字水印技术，二是用于保密通信的音频信息隐藏技术，而后者的研究很大程度上借鉴了前者的研究成果。
音频数字水印技术的研究工作发展速度很快，主要提出的基本方法和技术有[4-9]：低比特位编码算法（Low-Bit Coding）、相位编码算法（Phase Coding）、扩谱（Spread Spectrum）编码算法、回声数据隐藏（Echo Data Hiding）算以及量化方法等。
与数字水印技术相比，应用于语音保密通信的信息隐藏技术开展较少，目前的研究方法是将保密语音经过一定的编码算法（如MELP等）编码，借鉴密码学方法对语音信号码流进行加密并进行纠错编码后，形成所要隐藏的秘密信息，借助人耳掩蔽效应和数字水印技术将秘密信息隐藏于公开的语音中[10-13]。
3）信息隐藏技术的应用
近年来，国内许多研究机构已经着手开展利用信息隐藏技术实现语音保密通信的研究。杨义先, 钮心忻等人[11-14]在应用于普通PSTN网络的伪装式保密电话的研究和开发方面，做了大量的工作。提出了基于伪装式信息隐藏安全技术的信息隐藏电话系统的研究和实现方法，在不影响人们注意的普通通话时，建立一条隐秘信道将保密语音顺利传递到接收方，从而保证普通电话通信的安全。系统使用的核心算法是基于量化编码技术的声音隐藏算法。
北大方正公司开始致力于利用信息隐藏技术的分支——数字水印技术实现网络电视中视频节目的版权保护[15]。而利用音频点播平台提供保密语音安全传输通道的研究还未曾有过报导。
总的来说，目前的研究和应用还处在讨论如何设计信息隐藏方案，尚没有完备的算法和理论支持，各种方案或产品还都有着这样或那样的问题，可以说该方面的研究和应用还处于发展的初期阶段，从理论到实际存在许多问题有待解决。结合保密信息的结构改进隐藏算法，寻找更加稳健的隐藏算法，仍是当前一个急需解决的问题。