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《中国科学技术大学》 2014年
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基于流媒体的网络隐信道研究

缪海波  
【摘要】:基于流媒体的网络隐信道研究吸引了越来越多学者的关注,作为一种“多通道”载体,流媒体具有瞬时性和不可预测性,以它作为载体构建隐信道进行隐蔽通信,具有其他媒介无法比拟的优势。目前为止,流媒体隐信道在构建算法研究方面已经有不少研究成果,与正向研究相比,其逆向检测研究仍然处于起步阶段,有效的检测算法很少。现有的流媒体隐信道大多局限在G711, G.723.1, G.729a等互联网VoIP编码流中,而随着3G移动网络的迅速发展,基于移动流媒体的隐信道研究必将是未来隐信道的发展趋势。除此以外,流媒体隐信道在系统设计研究和应用研究方面也远远不足。 针对目前流媒体隐信道的研究现状,本文从逆向检测研究、正向构建算法研究、系统设计与实现以及应用研究这四个方面展开工作。 在逆向检测研究方面,本文设计了两种高效的盲检测算法。第一种是基于马尔科夫状态转移的检测方法,利用多维马尔科夫链对流媒体参数进行建模分析,并将马尔科夫状态转移矩阵作为分类特征矢量。第二种是基于信源熵率的检测方法,该方法使用马尔科夫信源模型对流媒体参数进行统计分析,将马尔科夫信源极限熵作为分类特征值。实验结果表明,这两种方法在检测准确率和检测窗口尺寸方面都要优于现有算法,大大提高了在线检测的能力。 在正向研究方面,本文首先提出了基于次优编码的自适应隐信道算法。该方法利用代数码本搜索的冗余性来设计隐写嵌入算法,并引入自适应参数,在变速率编码过程中自动调节嵌入率,使隐写后得到的语音始终保持良好的听觉效果。该方法构建的隐信道带宽最高可达3.2kbpso实验表明,基于次优编码的隐写算法不会给编码器带来额外的计算复杂度,具有良好的不可感知性(语音质量高)和较强的抗检测性,现有的检测算法无法进行有效检测。此外,本文还提出了一种基于码率伪装的高速率隐信道算法,该方法利用流媒体变速率编码器的多码率冗余性设计隐写嵌入算法,它将隐蔽信息填充在低码率编码器语音帧尾部,伪装成高码率的编码器语音帧,并采用SRTP协议加密语音帧保证其安全性。该方法构建的隐信道带宽达到5.6kbps,实验表明该方法在隐藏容量和安全性方面都有较强的实用性。 在系统设计与实现研究方面,本文基于正向研究的成果,设计并实现了3G手机上的隐信道系统软件—Stegdroid,该系统引入半可靠的传输控制机制,支持任意形式的数据传输,Stegdroid可以构建单双工隐信道,传输带宽为3.2kbps-5.6kbps。测试结果表明Stegdroid运行稳定,可以在3G、4G和Wifi等网络中使用,具有实际应用意义。 在应用研究方面,本文提出使用隐信道来节省流媒体的传输带宽。论文以AMR-WB为例,详细介绍了隐信道降低流媒体传输带宽的基本原理和工作流程,实验结果表明该方法可以为AMR-WB节省10.7%-15.1%(1.6kbps-2.55kbps)的带宽,且基本不会降低AMR-WB的语音质量。该方法有效节约了网络带宽资源,减轻流媒体网络负载。虽然论文只是以AMR-WB为例进行介绍,但基于隐信道降低传输带宽的思想也可以应用到其他流媒体中,其基本原理是一样的。
【学位授予单位】:中国科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TN919.8

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