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第 26 卷第 4 期
2009 年 7 月
中 国 科 学 院 研 究 生 院 学 报
Journal of the Graduate School of the Chinese Academy of Sciences
Vol 26
July
No 4
2009
国家自然科学基金项目60772032资助
通讯联系人 Emaillguo ustc edu cn
文章编号 10021175200904047409
一种基于感知特性的鲁棒性语音认证算法
古 今 郭 立
郑东飞
中国科学技术大学电子科学与技术系 合肥 230027
2009 年1 月 9 日收稿 2009 年 3 月 18 日收修改稿
Gu J Guo L Zheng DFA robust speech authentication algorithm based on perceptual characteristics J Journal of the
Graduate School of the Chinese Academy of Sciences 2009 264474 482
摘要提出了一种基于感知域的鲁棒性语音认证算法 将语音的感知特性与签名算法相结
合 在满足内容认证和身份认证的同时 能够有效地抵抗通信噪声微扰 算法基于语音的掩蔽
效应和非线性效应等人耳感知特性 着重去除其时频域掩蔽阈值下的冗余信息 进行非线性滤
波后提取感知参数 并运用改进的 Rainbow 算法对这些语音参数进行签名 实验证明 该算法
的唯一性和针对通信噪声的鲁棒性都很好 兼有 Rainbow 签名的安全性保证 可以满足语音通
信中的鲁棒性认证要求
关键词感知域 鲁棒性 语音认证
中图分类号 TP3097
1 引言
在目前开放式的通信环境中 篡改窃听传输中数据非常容易 信息来源也较难认证 日渐增长的多
媒体数据传输的安全认证需求引起了广泛关注但迄今为止 大部分认证研究 如签名和水印等 都集中
在数字图像方面 对音频认证的相关研究较少 鉴于目前语音通信的迅猛发展 对语音数据的认证研究
十分必要
数字签名和数字水印是目前多媒体认证的 2 种主要形式由于半脆弱水印的认证技术需要修改
传输数据本身 在某些情况下会造成不希望的改动
1
所以本文选择研究基于数字签名的方案 语音认
证需要解决两方面问题 内容认证和身份认证 数字签名中验证内容完整性的主流算法 如单向哈希函
数MD5 和美国政府的安全哈希算法 SHA 将所有的数据当作二进制比特流计算散列值 但这种方式并
不适用于语音信息
2
首先 对于庞大的语音数据 hash 函数计算量过大 效率较低其次 原始数据任何
微小的改变都会产生截然不同的散列值 而语音信息中少量比特的变动往往并不会影响整体听觉 不应
该导致认证的失败因此需要对传统的认证方式进行改进 提取感知特性 削弱人耳难以感知的信息对
认证结果的影响 兼顾鲁棒性和篡改敏感性另外 一般用于身份认证的公钥签名算法 如 RSA 和 ECC
计算量很大 不适用于资源受限的通信终端而新兴的多变量公钥算法中运算速度快 占用资源较少因
此本文采用多变量公钥算法作为语音数据的签名方案 根据语音应用进行修改后 将其整合到本文的感
知认证过程中
基于以上分析 本文将语音的感知特性与认证算法相结合提出了一种算法 提取语音数据中声学