前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的信息隱藏中的擴頻通信應用思考，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。

1擴頻通信技術與信息隱藏技術   1.1擴頻通信技術   20世紀50年代誕生的擴頻通信技術是一種具有低檢測概率、抗干擾的通信方式，其基本原理是將待傳輸的消息信號頻譜用某個特定的擴頻函數擴展成為寬頻帶信號后，經信道傳輸，再以相應手段將其頻帶壓縮，獲得所要傳送的消息。頻譜擴展通過與數據無關的編碼實現，接收方以同步方式接收該編碼，用于解擴及隨后的數據恢復。盡管解擴時可能會使數個頻帶的部分信號被去除，但由于在其他頻帶仍有足以恢復信號的信息，使數據恢復得以保證。由于在擴頻通信中使用了偽隨機編碼及對信號的相關處理，使擴頻通信具有較強的抗檢測性、抗干擾性和保密性。因此，擴頻通信也被認為是將信息隱藏在寬頻偽隨機噪聲中的一種通信方式。直接序列擴頻和跳變頻率擴頻是擴頻通信常用的兩種工作方式。   1.2信息隱藏技術   信息隱藏技術是20世紀90年代中期從國外興起的信息安全和多媒體信號處理領域中的一種保證媒體信息安全的新方法。其基本原理是利用人類感覺器官的不敏感性以及多媒體信號本身存在的冗余性，通過將秘密信息隱藏在可以公開的媒體信息中，達到證實該媒體信息的所有權歸屬和數據完整性或傳遞秘密信息的目的。信息隱藏技術所用到的媒體信息可以是文字、圖像、聲音和視頻。由于隱藏在媒體信息中的秘密信息對媒體信息的感覺效果和使用價值沒有任何影響，因此信息隱藏技術為數字信息安全問題提供了很好的解決方案。信息隱藏技術所涉及的安全有兩個方面的含義：a）可以公開的媒體信息在版權和使用權上的安全。b）秘密信息在傳輸和存儲中的安全。本文所涉及的擴頻通信技術在圖像信息隱藏領域中的應用屬于第二個方面的內容。   對于信息隱藏技術而言，密鑰與安全性、不可感知性、魯棒性、嵌入容量和自恢復性是其主要特征。   密鑰與安全性是指在設計一個信息隱藏系統時，需要綜合考慮密鑰的產生、發放、管理等與密鑰相關的各個環節，這是由于在信息隱藏技術中已把對信息的保護轉化為了對密鑰的保護。不可感知性是指在信息隱藏系統中信息的嵌入不能使載體產生可感知的失真，也就是說隱秘載體與原載體必須充分相似，否則隱藏就失去了意義。魯棒性是指在隱秘載體受到一定擾動的情況下，依然能夠恢復出隱藏的信息。   嵌入容量是指在保證不可感知的條件下，載體中隱藏信息的多少，在載體中隱藏的信息量越多，說明嵌入容量越大。自恢復性是指經過某些變換和操作后對原數據產生較大的破壞，僅從破壞后留下的數據中仍可恢復出隱藏信號，且恢復過程不需要原信號的能力。信息隱藏技術依據密鑰可分為私鑰信息隱藏和公鑰信息隱藏；依據嵌入域可分為空域（或時域）方法的信息隱藏和變換域方法的信息隱藏；依據載體可分為基于文本的信息隱藏、基于圖像的信息隱藏、基于聲音的信息隱藏和基于視頻的信息隱藏；依據提取要求可分為盲信息隱藏和非盲信息隱藏；依據保護對象可分為隱秘術信息隱藏和水印信息隱藏。   擴頻圖像隱秘系統（SSIS）是擴頻通信技術在圖像信息隱藏技術中的一個應用，該系統利用噪聲在數字圖像中隱藏信息。   2擴頻圖像隱秘系統的構成   利用數字圖像作為載體信號構成的擴頻圖像隱秘系統具有實現在數字圖像中嵌入可觀秘密信息并能避免被非法接收者檢測到的能力。合法接收者在提取隱藏信息時不需要原始圖像，只需要擁有密鑰即可實現對隱藏信息的提取。   擴頻圖像隱秘系統的發送方案如圖3所示。在該方案中，采用調制方法將經過密鑰K1加密和低比特率ECC（錯誤檢查和糾正）編碼產生的編碼消息m與輸入到偽隨機噪聲產生器中的密鑰K2產生的一實值噪聲序列n合成在一起，形成嵌入信號s。載體圖像再與嵌入信號s與密鑰K3混疊后的信號進行異或運算，運算后生成的信號在保持原有載體圖像動態范圍的前提下，經量化后生成隱秘圖像g送往接收方。接收方使用隱秘系統解碼器和與發送方相同的密鑰提取隱藏信息。   擴頻圖像隱秘系統的接收方案如圖4所示。在該方案中，接收方首先將收到的隱秘圖像g’與使用圖像修復技術得到的隱秘圖像g’的原始圖像的估值f’進行異或運算，運算后的結果與密鑰K3一起送入分離器得到嵌入信息的估值s’。然后利用輸入到偽隨機噪聲產生器中的密鑰K2所產生的噪聲序列n對嵌入信息的估值s’進行解調，得到編碼信息的估值m’。該估值經低比特率ECC解碼器解碼后送入受密鑰K1作用的解密器解密，即可得到所需要的消息。   該方案中的混疊器在嵌入信號被加到載體圖像之前對其進行了重新排序。這樣做的目的有兩個：a）防止出現成組的或突發的錯誤，使得在編碼字中允許的錯誤幾乎是獨立發生的，從而保證差錯編碼在糾正所有碼字中的錯誤時可擁有相等的機會。b）為了確?；殳B器能夠用密鑰來保證其混疊算法。   3擴頻圖像隱秘系統分析   擴頻圖像隱秘系統是采用擴頻通信技術的一種變化形式將信息嵌入到低能量的實值高斯噪聲序列中，生成看上去為噪聲的信號，再與載體圖像結合生成隱秘圖像。由于嵌入信號的能量遠小于載體圖像的能量，即SNR（信噪比）很小，所以不易被發覺或檢測到。其次，如果嵌入信號的能量遠小于圖像的能量，則觀察者在視覺上就無法分辨出原始圖像和隱秘圖像。由于采用了低比率糾錯編碼，其中糾錯編碼器將少量的信息位擴散到許多輸出位中，因此編碼本身具有類擴展效果。   為構建嵌入信息，引入參考存儲擴頻通信系統的概念。參考存儲原理要求發送和接收雙方相互獨立地產生相同的偽隨機寬帶波形。只要采用一個私鑰或公鑰和相同的偽隨機數發生器即可很容易地做到這一點。此外，偽隨機數發生器還是加密安全的。   描述一個簡單的符號調制方案作為例子來說明擴頻過程。假定信息信號m是由－1、＋1組成的二值信號。擴頻序列n為一實數序列，它服從正態分布，其均值為零，方差為N。兩個信號進行調制，或相乘（如=m×n），產生一個實數序列。此例中，每個噪聲樣本的符號將隨著對應嵌入信息位的數值而改變，信號的白噪聲特性仍能保持。其解碼過程也很簡單，在接收端序列n被復制，用此序列的符號與接收到的嵌入序列s’的符號相比較，恢復出信息信號的估值m’，用下式表示：Sign（s’／n）=m’。#p#分頁標題#e#   盡管這個簡單系統滿足產生不依賴于信息信號值的高斯序列的必要條件，但當有噪聲存在時，其信號檢測存在嚴重缺陷。這種噪聲通常源自差勁的嵌入信號估值，也可能由傳輸信道所致。因為僅僅使用嵌入信號樣本的符號變化來表示信息，其中大多數的數值都落在零的附近。更明確地講，當s分別為－1和＋1時，s取值的差異通常都很小，導致對m的檢測不可靠。   為改進檢測性能，提出了一種用于SSIS的非線性調制方案。這種調制技術提高了可能調制值之間的最小歐氏距離，使得嵌入數據的估值有所改善。該調制技術要產生一個在（0，1）之間均勻分布的隨機序列u。通過對u進行如式（1）式所示的非線性變換，得到另一個均勻分布隨機序列u’。式（1）的變換極大化了u和u’之間的最小距離。隨后通過從ui或ui’中選擇生成嵌入信號值si，經信息位裁決，再被轉換成高斯隨機值，如式（2）所示。式中-1表示標準高斯隨機變量累積分布函數的逆函數。   可使用一個作用于s的尺度因子來調整嵌入信號的能量。然后該信號被加到載體圖像，再經量化和截取以生成隱秘圖像。尺度因子的選擇依據是人類的知覺和嵌入信號的位錯誤率值（BER）。盡管截收者可能知道系統的一般策略，但是若不知道產生n所需的密鑰就不能解碼信息。   另外，由于典型的噪聲在獲取圖像信號的過程中是固有的，如果幅度很低，在沒有原始圖像存在的情況下，用人眼或計算機進行分析，兩者都無法確定其存在。因此，為了能夠成功實現對信息的解碼，圖像恢復和差錯控制編碼是必須要用到的兩種技術。   1）圖像恢復   在接收端，解碼前必須先將嵌入信號從隱秘圖像中提取出來。為此，系統中采用圖像恢復技術來獲取原始載體圖像的估值，該技術能濾去隱秘圖像中許多低能量的嵌入信號。隨后用隱秘圖像減去該恢復圖像即可得到嵌入信號的估值。在擴頻圖像隱秘系統方案中使用圖像恢復技術，使得接收方無需持有載體圖像的復制件。因為在自然景色的數字圖像中，局部像素點之間是相互關聯的，所以濾波操作可被用于修復圖像。嵌入信息的估值問題可被看作是圖像修復問題，其目的是去除接收到的隱秘圖像中的加性隨機噪聲。可以用多種圖像處理濾波器來得到修復圖像，如均值濾波或小波收縮技術。   2）差錯控制編碼   由于圖像恢復不能產生出原始載體圖像的完美復制件，加上嵌入信號的能量很低，從而對嵌入信號的估值不會好。這可能導致解調出的含有信息的信號中含有大量的錯誤位，表現為高嵌入信號BER值（典型的大于0.15BER）。為保證信號估值過程的次優性能，可引入低比率差錯控制編碼來糾正大量的錯誤位。   任何一個能夠糾正高信號估值BER值的糾錯碼均可以用于擴頻圖像隱秘系統方案。在擴頻圖像隱秘系統方案中使用糾錯，改善了嵌入信號的次優估值，還能抵抗隱秘圖像傳輸過程中產生的失真。在編碼器中可以對編碼全過程進行仿真，因而可以針對具體的載體圖像和嵌入信號強度選擇合適的糾錯碼。這也保證了當傳輸信道中無噪聲時，隱藏信息可以高概率地被恢復且無差錯發生。當傳輸信道中可能有噪聲時，也能選取適當的糾錯編碼來糾正由信道引起的附加差錯。類似地，糾錯方法還可以用于彌補對隱秘圖像進行低級壓縮所造成的差錯。   3）安全性分析   擴頻圖像隱秘系統提供了一種在載體圖像中隱藏信息的方法。發送方在隱藏信息時不會增加圖像的尺寸和動態范圍，接收方在提取隱藏信息時不需要使用原始圖像。該系統的安全性由兩個因素來保證：a）其信號能量與載體圖像不明顯可比，提供了低的被檢概率，使觀察者無法知曉隱藏信息的存在。b）接收方必須持有與發送方相同的密鑰才能解密隱藏的信息。因此，盡管系統的算法原理是公開的，但只要攻擊者不具有與發送方相對應的解密密鑰，則無法對隱藏的信息實現解密。因此，擴頻圖像隱秘系統的安全性是有保證的。   4結束語   在信息隱藏技術中，高頻對嵌入信息的不可感知性有利，但對魯棒性不利；低頻對嵌入信息的魯棒性有利，但對不可感知性不利，利用擴頻通信技術，通過將低能量信號嵌入到每一個頻段則可以很好地解決這一問題。在擴頻通信技術中如果引用密鑰來控制一個偽隨機數發生器，則可以進一步增強系統的安全性。因此，目前在很多信息隱藏算法中都廣泛采用了擴頻通信技術。