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基于混沌加密和DWT-DCT-SVD的音频隐藏算法研究

吴善崇  
【摘要】:在信息安全领域,对秘密传输的数据主要通过加密手段实施防护。但是使用传统的分组加密技术对信息作加密处理后容易引起敌人的注意,这样攻击者就有可能对秘密信息进行破解。随着计算机运算能力的日益强大,破译传统密文变得越来越简单,即使破译不了,也可以干扰或直接摧毁通信过程。信息隐藏作为一种伪装性很好的保密通信技术,它隐藏了机密数据的存在性来实现安全通信。所以不论在民用还是军用通信方面,对这种技术的研究都具有重大的实际价值。本文主要研究基于混沌加密、离散小波变换(DWT)、离散余弦变换(DCT)和奇异值分解(SVD)的音频信息隐藏方案,并测试各种方案的性能。全文的主要工作内容如下:(1)详细阐述了信息隐藏的基础理论、技术性能要求、主要应用领域和国内外研究现状。分析了人耳的听觉掩蔽现象,深入研究了音频隐藏的理论模型。归纳总结了现有的音频隐藏算法及其特征,并给出隐藏算法通用的性能评估参考指标。(2)运用混沌序列对音频信号进行混沌加密,简单介绍了常用的混沌序列,讲解和分析了混沌学和密码学之间的关系,对混沌密码的分类进行了全面阐述,重点分析了音频信号混沌加密的整个过程。(3)提出了两种音频隐藏算法。一种是在DWT和SVD域的音频隐藏算法,其基于SVD和量化,算法中秘密信息被嵌入到每个语音帧的DWT子带,DWT具有空间--频率本地化属性,以改善隐藏信息的透明度,且SVD具有较强的稳定性,在各种常规的信号处理攻击后奇异值没有明显的变化。另一种算法是在第一种算法的基础上,在秘密语音嵌入之前首先利用Logistic混沌序列对其作预处理,以提高它在传输过程中的保密性和安全性。紧接着对载体音频作分段处理,再对每个音频段执行三级DWT取出近似分量。对近似分量实施DCT,取出DCT处理后前1/4的系数转化成二维矩阵,对该矩阵实施SVD。其次通过隐藏算法将机密数据秘密嵌入和精确提取。仿真实验性能测试表明这个算法的感知透明性较好,可以抵抗普通的信号处理操作,隐藏容量高,安全性好。两种算法在提取机密数据时均不需要初始载体音频的参与,整个过程是一个盲提取操作。


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