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基于混沌理论的DCT域隐蔽通信算法琚生根 周激流 苏理云 李 征



  摘要:提出了一种新颖的基于DCT域的自适应信息隐蔽通信算法。首先对原始图像块的多特性
  参数进行模糊聚类,将图像块分成两类,一类适合隐藏信息,另一类不适合,其隶属度作为隐藏信息强
  度的自适应系数。将混沌系统产生的序列嵌入到通信载体上,利用混沌同步进行隐蔽信息的检测。仿真
  实验表明,该算法有较强的鲁棒性,同时能保证通信载体的隐藏信息质量,确保通信安全。
  关键词:隐蔽通信; 混沌; 离散余弦变换(DCT); 模糊C-均值聚类(FCM)
  中图分类号:TP301文献标志码:A
  文章编号:1001-3695(2008)05-1372-02
  
  新一代互联网IPv6的出现给多媒体网络通信的发展带来了前所未有的机遇。由于可以实现端到端的传输,IPv6网络有望替代正在受到全球瞩目的3G电信网络。信息的传输存在安全保密的问题,隐蔽通信、保密通信、信息隐藏技术等就在这样的需求情况下应运而生。针对图像的信息隐蔽通信,许多文献提出了自适应的信息隐藏技术,但是大多数算法都是根据单一的参数对图像块进行分类和选择DCT系数。
  本文提出的自适应信息隐蔽通信算法,首先使用混沌系统产生隐蔽信息或去调制隐蔽信息;然后针对图像块的多特性参数,如亮度敏感值、纹理敏感值、对比度敏感值、熵敏感值等,通过模糊C-均值聚类(FCM)算法进行聚类,将全体图像块按掩蔽效应的强弱划分为两类;选择出的图像块作DCT变换,将隐蔽信息隐藏在载体中。这一隐蔽通信算法不但具有良好的不可见性,而且还有良好的鲁棒性,能有效地经受住加噪(通信传输)、压缩、剪切等的攻击,保证了隐蔽信息的安全。
  
  1混沌及其特性
  
  近年来,混沌理论已得到了广泛的应用,如隐蔽通信、保密通信、数字水印等。混沌时间序列具有如下良好特性:易于生成且数量极多;对初始条件的敏感依赖性;预测困难性;轨迹的遍历性;将其初始值作为隐藏和检测、提取信息的密钥,不仅简单而且实用。
  
  所谓混沌同步,是指对于从不同初始条件出发的两个混沌系统,随着时间的推移,它们的轨线逐渐趋于一致。本文采用两个相同的混沌系统,即信息的发送方和接收方拥有相同的混沌系统及系统参数和初始状态,如此达到同步,使得接收方能正确检测到信息。这样,微小的差异将导致同步失败,而不能在接收方检测到真实的信息。这使非法接收者难以用统计分析方法估计系统的参数,从而不能破译真实信息,使系统具有很高的保密性。
  
  2对图像块的多特性参数进行模糊C-均值聚类
  
  图像作为一种广泛使用的数字媒体,选择图像中适合嵌入隐蔽通信信号的位置是值得研究的课题。通常情况下,仅对单一参数来划分图像不能很好地适应图像的区域变化,无法达到最优嵌入。本文利用人类视觉系统(HVS)的亮度掩蔽和纹理掩蔽等特性而采用多参数的HVS模型,并结合FCM算法对图像块进行划分。把图像进行8×8分块,根据HVS和相关统计知识,提取图像块的四个特征参数进行模糊聚类。把这些图像块分成两类,一类适合嵌入隐蔽通信信号,有较强的不可见性和鲁棒性,隐藏的信息更隐蔽,不易觉察;另一类则不适合嵌入。 ......
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