一種基于BOC 的二維信號(hào)產(chǎn)生方法和應(yīng)用

范真真

0 引言

二維信息技術(shù)是把信息依附于另一種公開的信息之中，利用人類感覺(jué)器官的不敏感性及無(wú)線信號(hào)本身存在的冗余，將水印信息（或隱藏信息）疊加于另外一個(gè)宿主信息中使其不被察覺(jué)或不輕易被注意到，且不影響宿主信息的通信過(guò)程的安全保密通信技術(shù)。由于較好的傳輸性能，變換域信息傳輸技術(shù)，特別是分?jǐn)?shù)階傅里葉變換被廣泛應(yīng)用于二維信息傳輸[1-4]。

目前，大部分的二維信息技術(shù)研究建立在數(shù)字水印已有的研究成果之上，即以嵌入式的信息水印模型為基礎(chǔ)，以數(shù)字化多媒體如圖像、文本、音頻等為基本載體，在時(shí)空域或者變換域?qū)⑺⌒畔⑶度霐?shù)字載體以實(shí)現(xiàn)信息傳輸。文獻(xiàn)[5]提出了一種在FRFT 域中引入了擴(kuò)展變換抖動(dòng)調(diào)制的圖像加密算法，該方法在抵抗JPEG 壓縮、濾波、噪聲、剪切和縮放等攻擊時(shí)具有良好的魯棒性。文獻(xiàn)[6]提出了一種在WFRFT 域中引入混沌序列的彩色圖像信號(hào)通信算法，該方法充分考慮了WFRFT 和混沌序列系統(tǒng)在圖像加密的缺點(diǎn)，具有較好的魯棒性。由于多媒體技術(shù)發(fā)展及數(shù)字版權(quán)保護(hù)的迫切需求，二維信息的研究大都集中于圖像數(shù)字水印的研究，而由于種種原因，二維通信技術(shù)的研究卻沒(méi)有受到充分重視，針對(duì)通信信號(hào)的研究相對(duì)較少。

二進(jìn)制偏移載波技術(shù)是一種典型的新體制擴(kuò)頻通信技術(shù)，因優(yōu)秀的裂譜特性和多自相關(guān)峰值特性，具有更好的抗干擾和抗截獲能力，在衛(wèi)星導(dǎo)航等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。這種新型的擴(kuò)頻技術(shù)雖然具備較強(qiáng)的抗截獲能力，但單維度或單域的設(shè)計(jì)使其很難提高信道的容量，大大降低了通信的有效性。

1 二維信號(hào)產(chǎn)生原理

為提高信息傳輸?shù)目垢蓴_性和通信容量，該方法可在現(xiàn)有BOC 通信的基礎(chǔ)上，充分利用偽碼速率、亞載波速率和載波頻率將水印信息搭載到宿主信息中傳輸，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制偏移載波二維信息的傳輸，基于BOC 的二維信號(hào)產(chǎn)生原理如下圖1 所示。

圖1 基于BOC 二維信號(hào)產(chǎn)生原理框圖

基于BOC 的二維信號(hào)產(chǎn)生的基本原理如下：利用水印信息對(duì)BOC 信號(hào)各參數(shù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)加密，采用類似增量調(diào)制（DM）思想，設(shè)計(jì)水印信息與載波頻率、偽碼速率及亞載波速率的映射規(guī)則，水印信息傳輸+1 時(shí)，載波頻率、偽碼速率和亞載波速率在初始參數(shù)基礎(chǔ)上將增大；水印信息傳輸-1 時(shí)，載波頻率、偽碼速率和亞載波速率在初始參數(shù)基礎(chǔ)上將減小，初始BOC 參數(shù)對(duì)于通信雙方類似于密碼學(xué)中的公鑰，而傳輸用的BOC 參數(shù)則類似于私鑰。將宿主信息和水印信息進(jìn)行二進(jìn)制異或，生成待傳輸?shù)亩S復(fù)合信息，再將復(fù)合信息和經(jīng)過(guò)水印信息生成的偽碼進(jìn)行一次調(diào)制，再將調(diào)制結(jié)果和經(jīng)過(guò)水印信息生成的亞載波進(jìn)行二次調(diào)制，最后將二次調(diào)制結(jié)果經(jīng)過(guò)水印信息生成的載波進(jìn)行PSK-R 調(diào)制即可生成最終的基于二進(jìn)制偏移載波的二維復(fù)合信號(hào)。由于水印信息搭載在宿主信息上進(jìn)行傳輸，不會(huì)占用額外的信道功率和帶寬資源，整個(gè)系統(tǒng)的通信容量得到增加；雖然水印信息動(dòng)態(tài)改變BOC 調(diào)制信號(hào)參數(shù)，但整個(gè)通信過(guò)程仍為傳統(tǒng)的二進(jìn)制偏移載波調(diào)制。

2 二維信號(hào)的應(yīng)用

作為信息隱蔽傳輸領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，二維信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)將會(huì)在數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)、認(rèn)證與篡改舉證、秘密通信與特征標(biāo)記等方面均有重要應(yīng)用，二維信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)將所有者的版權(quán)信息嵌入到載體信息中的過(guò)程，且所有者可通過(guò)特定的手段獲取版權(quán)信息。但二維信號(hào)水印的嵌入過(guò)程中，原始信號(hào)往往發(fā)生改變，使二維信號(hào)所具備隱蔽傳輸效果受到破壞，如何提高二維信號(hào)的魯棒性、安全性及抗干擾特性，成為二維信號(hào)技術(shù)的重要問(wèn)題。

二維信號(hào)技術(shù)所依賴的信息隱藏技術(shù)不僅提供了非密碼的安全途徑，更引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的作戰(zhàn)方式，引起了許多國(guó)家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報(bào)戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過(guò)加密的文件往往是混亂無(wú)序的，容易引起攻擊者的注意。二維信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)的將會(huì)對(duì)公用網(wǎng)絡(luò)保密通信提供新的思路，利用數(shù)字化通信信號(hào)相對(duì)于人的視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)冗余，可以進(jìn)行各種時(shí)/空域和變換域的通信信息隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。二維信號(hào)技術(shù)理論框架研究的興起，將會(huì)對(duì)密寫帶來(lái)希望。毫無(wú)疑問(wèn)，密寫技術(shù)將在數(shù)字時(shí)代得以復(fù)興。

二維信號(hào)技術(shù)還有很多其它用途，并且其應(yīng)用領(lǐng)域還將不斷擴(kuò)大。因此，要完整列舉二維信號(hào)技術(shù)的未來(lái)應(yīng)用還不現(xiàn)實(shí)，但二維信號(hào)技術(shù)在民用通信和保密通信上的應(yīng)用將越來(lái)越廣泛，比如二維信號(hào)技術(shù)保護(hù)民用GPS 定位信號(hào)等。除了二維信號(hào)技術(shù)的不斷推進(jìn)，市場(chǎng)營(yíng)銷和商業(yè)規(guī)劃也極為重要，并且需要有深度的分析與戰(zhàn)略計(jì)劃。二維信號(hào)技術(shù)的推廣和普及也必不可少，以保證市場(chǎng)為接受二維信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)做好準(zhǔn)備。

3 結(jié)論

在分析BOC 信號(hào)機(jī)理的基礎(chǔ)上，提出了一種基于BOC 的二維信息傳輸方法，該方法可在現(xiàn)有BOC 的基礎(chǔ)上將水印信息搭載在宿主信息中傳輸，在不占用額外的信道功率和帶寬資源的條件下，提升BOC 的通信容量；同時(shí)，充分利用水印信息動(dòng)態(tài)改變BOC 信號(hào)參數(shù)，提高BOC 二維信號(hào)的抗干擾性，進(jìn)一步增強(qiáng)信息傳輸?shù)耐ㄐ湃萘亢涂菇孬@性。