1. 引言
??? 隨著網(wǎng)絡的發(fā)展和以電子商務為代表的網(wǎng)絡經(jīng)濟的興起,，Java技術(shù)的應用越來越廣泛，特別是在網(wǎng)絡傳輸方面,，Java以其跨平臺的通用性和程序?qū)崿F(xiàn)的簡單性逐漸成為計算機網(wǎng)絡方向的主導技術(shù)之一,，然而由于其通用性的限制,，使得Java在諸如 語音載體的樣本采集，編解碼等領(lǐng)域中很少被應用，這對于純Java技術(shù)的發(fā)展而言無疑是一個需要迫切解決的問題,。
??? 另外,，網(wǎng)絡的發(fā)展也使信息安全問題日益突出，采取有效的技術(shù)實現(xiàn)信息的安全傳輸成為當前網(wǎng)絡安全的主要研究課題,。把保密信息嵌入到圖片,、文本、音頻,、視頻等媒體數(shù)據(jù)中的信息隱藏技術(shù)的研究正好迎合了網(wǎng)絡信息安全發(fā)展的要求。
??? 傳統(tǒng)保密通信的方式主要是加密解密技術(shù),，利用密鑰把信息變換成密文使外部不可理解,，通過公開信道發(fā)送到接收端，沒有密鑰的非法用戶無法進行解密,，也就無法正確使用保密信息,。加密解密技術(shù)經(jīng)歷了經(jīng)典的加密解密（DES）技術(shù)，公開密鑰加密解密(RSA)技術(shù),，橢圓曲線加密解密(EEC)技術(shù)三個發(fā)展階段,。雖然技術(shù)不斷提高，但算法復雜度高,、容易被截取,、攻擊的缺點一直沒有解決。
??? 本文提出通過Java來實現(xiàn)攜帶隱藏信息的實時語音傳輸新方案,。該方案利用純Java技術(shù)在實時采集的語音數(shù)據(jù)中隱藏信息,，然后實現(xiàn)了在IP網(wǎng)上的實時傳輸。不但解決了傳統(tǒng)加密技術(shù)易被獲取,，易受攻擊的問題,，也避免了目前很多實時語音傳輸中大量與操作系統(tǒng)相關(guān)而造成的通用性差的缺點。
??? 本文結(jié)構(gòu)如下：第2節(jié)概述了系統(tǒng)的設計思路和要求,，第3節(jié)介紹如何使用Java進行前端語音的采集播放,，壓縮與解壓，同步信息的嵌入檢測,，隱藏信息的嵌入提取的過程,。第4節(jié)介紹實時語音在IP網(wǎng)的傳輸及網(wǎng)絡信息反饋、壓縮碼率的自適應調(diào)整過程,。第5節(jié)介紹系統(tǒng)軟件的Java控制實現(xiàn),。第6，7節(jié)介紹系統(tǒng)的實驗結(jié)果和結(jié)論,。
2.?系統(tǒng)的設計思路和要求
2.1 系統(tǒng)的設計思路
??? 系統(tǒng)的設計思路如圖1所示：虛線框內(nèi)為系統(tǒng)傳輸前端的處理,，包括語音的采集播放，隱藏信息的嵌入提取，語音的壓縮解壓,。虛線框外是實時語音的傳輸和控制部分,，包括發(fā)送方語音數(shù)據(jù)RTP封包、發(fā)送,，網(wǎng)絡狀況信息反饋及發(fā)送碼率自適應調(diào)整,，以及接收方的相應部分。

???????????????????????????????????? 圖 1 IP網(wǎng)信息隱藏傳輸系統(tǒng)的設計框圖
2.2系統(tǒng)前端的處理要求
????由于IP網(wǎng)是一個有限帶寬,、變動,，時延，抖動,，丟包率隨時間變化的通道,，網(wǎng)絡帶寬總是處于一個變動的狀態(tài)，在某個時段無法滿足語音壓縮速率的要求時,，就會出現(xiàn)丟包的現(xiàn)象,。解決該問題的方法之一是降低語音數(shù)據(jù)的發(fā)送速率，因此,，語音編碼器的壓縮比必須是可調(diào)節(jié)的,。
??? 隱藏信息的嵌入策略還必須具備：（1）不可察覺性：要提高系統(tǒng)的偽裝性，就必須保證人耳聽覺特性無法識別嵌入保密信息語音與原始語音播放時的不同,。（2）較強的魯棒性：語音信息是在干擾信道中傳輸?shù)?，嵌入在語音數(shù)據(jù)中的保密信息要完整的傳送到接收方就必須有較強的抗噪聲、壓縮的攻擊,。（3）抗強裁剪攻擊的性能：網(wǎng)絡擁塞造成的丟包現(xiàn)象將使接收方接收到的數(shù)據(jù)不完整,，同步信息也將隨之丟失，這將意味者無法提取隱藏信息,。因此隱藏信息的嵌入策略就必須能夠抵抗強裁剪的攻擊,。（4）較低的運算復雜度和時間復雜度：隱藏信息的嵌入處理需要損耗一定的時間，為減少語音延時,，隱藏信息的嵌入算法要盡可能降低處理時間,。
??? 同步信息的魯棒性較隱藏信息更高：接收方要能提取出隱藏信息必須準確的檢測出同步信息，同步信息必須滿足比隱藏信息更強的魯棒性才能檢測出隱藏信息的嵌入位置,。
2.3系統(tǒng)語音傳輸?shù)奶幚硪?/STRONG>
??? IP網(wǎng)有限帶寬,、變動，時延,，抖動,，丟包率隨時間變化的信道特點無法預先得知，它依賴于網(wǎng)絡上其他連接的狀態(tài),。IP網(wǎng)上實現(xiàn)語音數(shù)據(jù)的傳輸和Qos控制有更多需要考慮和解決的地方：
??? 在多媒體數(shù)據(jù)傳輸中對實時性有一定的要求,，相比之下語音傳輸對實時性要求更高，必須采用UDP協(xié)議傳輸實時語音數(shù)據(jù)包。但是這會引起丟包,，導致隱藏信息傳輸?shù)牟煌暾?。因此，語音傳輸?shù)膶崟r性和隱藏信息的傳輸?shù)耐暾灾g存在無法協(xié)調(diào)的矛盾,。
??? IP網(wǎng)上數(shù)據(jù)包是以不同路徑到達目的地,，后發(fā)的包可能會先到。因此每個數(shù)據(jù)包在發(fā)送前必須標記一個序號,。接收方將收到的數(shù)據(jù)包先存放到緩存中,，排序后再播放。
??? 語音數(shù)據(jù)包在傳輸中遭遇網(wǎng)絡擁塞將會丟包嚴重,，這不僅會影響正常的通話過程,，隱藏信息也將隨之丟失。因此必須采取相應措施,。可行的辦法是利用Java的server監(jiān)控平臺實時監(jiān)控網(wǎng)絡狀況,，針對當前網(wǎng)絡狀況自適應的調(diào)整語音數(shù)據(jù)包的發(fā)送速率,。
3?系統(tǒng)前端的的設計實現(xiàn)
3.1 語音的采集和播放
??? 語音的采集和播放的實現(xiàn)是應用Java Sound 的API函數(shù)。采樣頻率根據(jù)需要可以選擇8 KHz,，11.025KHz,，22.05KHz，44.1KHz,；樣本的量化位數(shù)可以是8bit或16bit,；聲道可為單聲道或雙聲道。采樣前將先打開采樣設備（計算機聲卡）,，獲得采樣設備句柄,，指定采樣格式（采樣頻率，量化位數(shù)）,，分配若干用于保存采樣數(shù)據(jù)的內(nèi)存（內(nèi)存的大小和數(shù)量將進一步分析）,。開始采樣時，所有內(nèi)存塊都被提交給采樣設備,，采樣設備將依次把語音數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存,，當一塊內(nèi)存寫滿后，采樣設備就會發(fā)消息通知程序作相應的處理,，然后把該內(nèi)存返還給采樣設備進行下次采樣,，這樣就形成一個循環(huán)的采樣過程。結(jié)束采樣時釋放所有內(nèi)存塊,，關(guān)閉采樣設備,。
3.2? 語音壓縮與解壓
　　系統(tǒng)中語音的采樣率是11.025KHz，量化精度是8 bits，每秒采集的數(shù)據(jù)量是88.2 kbit,，Modem的最高傳輸速率只有56kbit通常低于38kbit,。 因此數(shù)據(jù)在傳輸前必須進行壓縮處理，且壓縮比大于3:1尚可保證通信的暢通,。語音的壓縮和解壓的編解碼器采用自己用Java API直接編程的Java.audio.realspeech來實現(xiàn),。Java.audio.realspeech實現(xiàn)了G.729.1的語音壓縮標準。其特點是：1基音分析采用開環(huán)基音分析和自適應碼本搜索相結(jié)合,，降低了運算量,，減少了基音的量化比特數(shù)，提高了基音預測的準確度,；2代數(shù)碼本算法簡單,，不需要存儲碼本，恢復音質(zhì)清晰,，8Kb/s碼率下合成音質(zhì)不低于32kb/sADPCM的水平,；3算法延時15ms，適合于語音的實時傳輸,；4語音壓縮比達到10：1,。
3.3隱藏信息的嵌入和提取
??? 隱藏信息嵌入法可分為空域嵌入法和變換域嵌入法。權(quán)衡各種信息嵌入方法及系統(tǒng)的要求,，采用離散小波變換法來嵌入和提取隱藏信息是由于小波變換有許多優(yōu)點: 1具有時頻局部性,；2具有更多的靈活性，可選擇不同的分解層數(shù),，分解層數(shù)越多隱藏信息越魯棒,；3計算量小，設音頻樣本的長為N,，DCT的計算量為O(N*N), 則FFT的計算量為O(log2(N)*N),，而小波變換的計算復雜度為O(L*N)，其中L是小波基的長度