基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏方法
【专利摘要】本发明是一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏方法，用i.MX27节点作为图像的采集端，采集所需要的视频、图片等多媒体信息，在服务器上对特定的视频帧或图片，利用LSB算法将指定文本文档中的信息隐藏于视频帧或图片的RGB色彩分量的最低位，从而实现信息隐藏功能，并利用无线多媒体传感器网络传输此视频或图片信息。在客户端，所有用户均可接收此节点传输的视频或图片，但只有相应权限的用户才可获取隐藏其中的文本信息。从而达到在无线多媒体传感器网络中传输隐藏信息的目的。用户在整个体系中，只需在客户端应用软件上进行操作，即可通过这三部分的合作，达到信息隐藏、传输密文的目的。
【专利说明】基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏方法
【技术领域】
[0001]本发明提出一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏技术，对于无线网络传感器中信息的安全性与可靠性起着十分重要的作用。该发明属于无线传感技术与信息安全的交叉领域。
【背景技术】
[0002]无线多媒体传感器网络(WirelessMultimedia Sensor Networks — WMSNs)是在传统无线传感器网络(Wireless Sensor Networks — WSNs)基础上集成音频、视频、图像等多媒体信息感知功能的一种新型传感器网络。由于WMSNs巨大的应用价值，它已经引起了学术界的极大关注。
[0003]近几年来，随着Internet的迅速发展和广泛应用，信息安全问题日益突出，信息隐藏技术作为一种新兴技术，已成为信息安全领域的一个重要组成部分。信息隐藏是在网络环境下把机密信息隐藏在其它无关紧要的信息中形成隐秘信道，除通信双方以外的任何第三方并不知道包含秘密通信这个事实的存在。与采用密码加密方法的保密通信相t匕，信息加密从“看不懂”变为“看不见”，转移了攻击者的目标，这种技术具有良好的透明性，即使你“看见了”、“听见了”还是不能有所发现，并且加入秘密信息前后，多媒体信息在网络中的传输没有什么不同。信息隐藏技术是将一些密写信息直接嵌入到数字载体(包括多媒体、文档、软件等)中的信息隐藏技术，嵌入信息不影响原载体的使用价值，也不容易被人的知觉系统(如视觉或听觉系统)觉察或注意到。
[0004]信息隐藏技术包括水印技术和隐写技术，水印技术在防伪和版权保护中有着广泛应用，而隐写技术起源较早，现在被更多地应用于安全通信、电子政务、电子选举、电子商务和数字图书馆等领域。同时人们也越来越关注如何察觉、控制隐蔽通信的问题，在隐写攻击等方面做了大量的研究工作。
[0005]目前的信息隐藏算法大致有基于频域的数字水印和基于空间域的数字水印两种，其中基于频域的有DFT (离散傅里叶变换)DCT (离散余弦变换)DWT (离散小波变换)，空间域的算法代表是最低比特位算法LSB(least significant bit),其原理是通过修改表示数字图像的颜色或颜色分量的位平面，调整数字图像中对感知不重要的像素来表达水印的信息，以达到嵌入水印的目的。此算法把信息写到BMP图像颜色数据的G、R、B颜色分量的字节的低位上。这样，字节的改变量不超过I比特，对图像品质的影响非常小，用肉眼几乎分辨不出来。具有载体文件改动小、嵌入量大、简单易行、实用性强的特点，因此在本方案中，我们利用LSB算法对信息进行加密操作。
[0006]本方案将无线多媒体传感器网络与信息隐藏技术相结合，通过传感器节点采集视频或图片，将需要加密的信息隐藏于其中，并通过无线网络传输到各个客户端，只有有权限的用户能在客户端通过解密得到所需信息。
【发明内容】
[0007]技术问题:本发明的目的是提供一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏技术。用1.MX27节点作为图像的采集端，采集所需要的视频、图片等多媒体信息，在服务器上对特定的视频帧或图片，利用LSB算法将指定文本文档中的信息隐藏于视频帧或图片的RGB色彩分量的最低位，从而实现信息隐藏功能，并利用无线多媒体传感器网络传输此视频或图片信息。在客户端，所有用户均可接收此节点传输的视频或图片，但只有相应权限的用户才可获取隐藏其中的文本信息。从而达到在无线多媒体传感器网络中传输隐藏信息的目的。
[0008]技术方案:本发明提出一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏方式，该方式中利用了无线多媒体传感器网络技术及信息隐藏技术，实现视频采集、信息隐藏、加密传输，并在客户端解密获取密写信息等功能。本项目在算法设计方面，利用Ieastsignificantbit替换法(LSB)，通过将密写信息写入BMP位图信息的最低有效位，来实现信息隐藏。本方式将信息隐藏算法与嵌入式开发相结合，实现了在节点上的自动加密并传输，为安全通信提供了一种新思路。
[0009]在这里，对其中一些算法设计做一些解释。
[0010]BMP位图图像
[0011]BMP位图图像在计算机中的存放由图像文件头、图像信息头、色彩对应表、位图数据四部分组成。所有的BMP文件的图像文件头是相同的，共14个字节，主要定义文件类型及文件头到实际的位图数据的偏移字节数等。图像信息头占40个字节，主要定义图像的宽度、高度、颜色要用到的位数、水平分辨率和垂直分辨率等。色彩对应表共占4个字节，24位BMP图像没有具体使用，这种图像格式直接由RGB表示色彩。位图数据是实际的图像数据，在计算机中是将一幅图像分割成栅格，栅格的每一点称为像素，每一个像素具有自己的R、G、B(红、绿、蓝)三元色的值，即BMP图像是由一系列像素点构成的。
[0012]LSB信息隐藏算法
[0013]LSB信息隐藏算法是在载体信号的空间域进行的。
[0014]一幅24位BMP图像，由54字节的文件头(图像文件头、图像信息头)和位图数据部分组成。其中文件头(图像文件头、图像信息头)不能隐藏信息，但从第55字节以后为位图数据部分，可以隐藏信息。
[0015]数据隐藏是通过选取修改BMP图像位图数据各字节的最低比特位(LSB)的方法，这样每8个字节位图数据便相当于冗余出一个字节，这一个字节可以自由使用，类似于在原始数据上迭加能量很小的噪声，这样能使位图的变化非常小，不会引起太大的失真。本方式将需保密的文件，按字节读出，先转化成二进制流，把每一位经过一定的算法加密，再对应写入到这8个字节的最低位中，实现信息隐藏的目的。
[0016]方法流程
[0017]步骤一:由客户端主机向服务器端提出申请，要求视频节点拍摄并无线传输视频或图片；
[0018]步骤二:服务器端接收到客户端申请，判断视频节点是否空闲，若符合，则处理此申请，通知视频节点拍摄视频或图片，转到下一步骤；若不符合，则继续等待；
[0019]步骤三:视频节点接收到指令，摄像头对视频或图片进行实时采集；若不成功，重新启动视频节点，并再次加载；[0020]步骤四:采集到视频或图片后，抽取视频流中的特定一帧或者一张图片将此帧默认的YUV格式数据转换为RGB格式数据；
[0021]步骤五:利用已写在节点中的加密程序打开需要加密的TXT文档，将信息利用LSB算法，隐藏在数据流中RGB色彩信息的最低位；
[0022]步骤六:计算秘密信息的字节数m和载体图像最大能隐藏的字节数n，其中η为载体图像数据的1/8，因为载体图像数据的每个字节只隐藏I比特的秘密信息；
[0023]步骤七:比较m和η的大小,如果m〈 = η则跳转到步骤九,反之,超过载体图像能隐藏的最大信息量，算法退出；并向服务器返回密写信息加载失败的消息；
[0024]步骤八:依次读取8个字节的载体图像数据，并取出每个字节的最低I位，放入事先定义好的集合4142、4334、4546、4738中，每个集合中存放I位比特位；
[0025]步骤九:依次读取秘密信息的每个字节，并把对应的8位比特位存入集合B中；
[0026]步骤十:直接用秘密信息的I位比特位去替换集合Ai的最低I位；
[0027]步骤十一:重复步骤九至步骤十一，直到秘密信息全部被隐藏完毕；
[0028]步骤十二:由于视频传输与转换均默认为MPEG-4格式，所以将此帧中的RGB格式数据再转换为YUV格式；
[0029]步骤十三:将转换成功的的视频信息经过服务器无线传输到客户端；
[0030]步骤十四:客户端利用可执行程序接收此视频流，并将视频存储在指定文件夹中；
[0031]步骤十五:利用ffmpeg软件提供的命令，将指定视频帧转化为BMP格式图片；
[0032]步骤十六:在客户端利用软件模块中设计的解密程序，还原出密写信息与原始图片，存入指定文件夹中，其过程和步骤正好与信息的嵌入过程相反；
[0033]步骤十七:整个视频采集，加密，传输过程结束。
[0034]有益效果:本项目实现了一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏技术。研究和实现了 1.MX27实现信息加密与隐藏的方案，提供了高可靠性，高保密性的人机交互模式。在服务器端，实现对1.MX27节点的远程登陆与控制，并处理客户端提出的对视频节点采集视频或图片的申请。视频节点在实时拍摄视频图像时，对其进行编码处理，并将特定文本加密于视频帧或图片中。客户端接收到视频帧或图片后，将隐藏在其中的密写信息解密。系统能够实际地应用在安全通信、场景识别、身份认证等多个方面，使人们可以在网络环境下无透明地获得节点网络提供的特定信息。
[0035]具有以下几个主要优点:
[0036](I)本项目利用无线多媒体传感器网络技术及信息隐藏技术，实现视频采集、信息隐藏、加密传输，并在客户端解密获取密写信息等功能。
[0037](2)本项目在算法设计方面,利用least significant bit替换法(LSB),通过将密写信息写入BMP位图信息的最低有效位，实现大的信息隐藏量的同时，不会给载体图像带来人眼能够识别的差异，具有较好的不可见性。
[0038](3)将信息隐藏算法与嵌入式开发相结合，实现了在节点上的自动加密并传输，为安全通信提供了 一种新思路。
[0039](4)在客户端实现对图片的接收与密写信息的无损还原。此项目可应用于安全通信、场景监控、身份识别等方面。【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1是基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏体系结构图，
[0041]图2是信息隐藏和无线传输模块示意图，
[0042]图3是视频节点处加密算法流程图，
[0043]图4是客户端处解密算法流程图。
【具体实施方式】
[0044]步骤一:由客户端主机向服务器端提出申请，要求视频节点拍摄并无线传输视频或图片。
[0045]步骤二:服务器端接收到客户端申请，判断视频节点是否空闲，若符合，则处理此申请，通知视频节点拍摄视频或图片，转到下一步骤。若不符合，则继续等待。
[0046]步骤三:视频节点接收到指令，开始摄像头并且实现对视频或图片的实时采集。若不成功，重新启动视频节点，并再次加载。
[0047]步骤四:采集到视频或图片后，抽取视频流中的特定一帧或者一张图片，将此帧默认的YUV格式数据根据公式转换为RGB格式数据，为避免转换误差对之后的加密信息造成影响，转换时的系数应大于8位，此时RGB系统中的各色彩分量失真不会影响前8位数据。
[0048]步骤五:利用已写在节点中的加密程序打开需要加密的TXT文档，将信息利用LSB算法，隐藏在数据流中RGB色彩信息的最低位。
[0049]步骤六:计算秘密信息的字节数m和载体图像最大能隐藏的字节数n，其中η为载体图像数据的1/8，因为载体图像数据的每个字节只隐藏I比特的秘密信息。
[0050]步骤七:比较m和η的大小,如果m〈 = η则跳转到步骤九,反之,超过载体图像能隐藏的最大信息量，算法退出；并向服务器返回密写信息加载失败的消息。
[0051]步骤八:依次读取8个字节的载体图像数据，并取出每个字节的最低I位，放入事先定义好的集合4142、4334、4546、47、48中，每个集合中存放I位比特位。
[0052]步骤九:依次读取秘密信息的每个字节，并把对应的8为比特位存入集合B中。
[0053]步骤十:直接用秘密信息的I位比特位去替换Ai的最低I位。
[0054]步骤十一:重复步骤九至步骤十一，直到秘密信息全部被隐藏完毕。
[0055]步骤十二:由于视频传输与转换均默认为MPEG-4格式，所以将此帧中的RGB格式数据再转换为YUV，同样的，转换系数应大于8位以确保精度。
[0056]步骤十三:将转换成功的的视频信息经过服务器无线传输到客户端。
[0057]步骤十四:客户端利用可执行程序接收此视频流，并将视频存储在指定文件夹中。
[0058]步骤十五:利用ffmpeg命令将指定视频巾贞转化为BMP格式图片。
[0059]步骤十六:在客户端利用软件模块中设计的解密程序，还原出密写信息与原始图片，存入指定文件夹中。其过程和步骤正好与信息的嵌入过程相反，首先读出隐藏文件长度，以此做为外层循环次数。再做内层循环8次，每次读入一个字节的含隐藏信息的数据，取出最低位，8次循环后得到8个数据位，合成一个字节的恢复信息，出内层循环，将此字节写入到恢复文件中，一直到外层循环结束。
[0060]步骤十七:整个视频采集，加密，传输过程结束。
【权利要求】
1.一种基于无线多媒体传感器网络的信息隐藏方法，其特征在于该隐藏技术的主要步骤如下: 步骤一:由客户端主机向服务器端提出申请，要求视频节点拍摄并无线传输视频或图片; 步骤二:服务器端接收到客户端申请，判断视频节点是否空闲，若符合，则处理此申请，通知视频节点拍摄视频或图片，转到下一步骤；若不符合，则继续等待； 步骤三:视频节点接收到指令，摄像头对视频或图片进行实时采集；若不成功，重新启动视频节点，并再次加载； 步骤四:采集到视频或图片后，抽取视频流中的特定一帧或者一张图片将此帧默认的YUV格式数据转换为RGB格式数据； 步骤五:利用已写在节点中的加密程序打开需要加密的TXT文档，将信息利用LSB算法，隐藏在数据流中RGB色彩信息的最低位； 步骤六:计算秘密信息的字节数m和载体图像最大能隐藏的字节数n，其中η为载体图像数据的1/8，因为载体图像数据的每个字节只隐藏I比特的秘密信息； 步骤七:比较m和η的大小，如果m〈 = η则跳转到步骤九，反之，超过载体图像能隐藏的最大信息量，算法退出；并向服务器返回密写信息加载失败的消息； 步骤八:依次读取8个字节的载体图像数据，并取出每个字节的最低I位，放入事先定义好的集合41、4233、4435、4637、48中，每个集合中存放I位比特位； 步骤九:依次读取秘密信息的每个字节，并把对应的8位比特位存入集合B中； 步骤十:直接用秘密信息的I位比特位去替换集合Ai的最低I位； 步骤十一:重复步骤九至步骤十一，直到秘密信息全部被隐藏完毕； 步骤十二:由于视频传输与转换均默认为MPEG-4格式，所以将此帧中的RGB格式数据再转换为YUV格式； 步骤十三:将转换成功的的视频信息经过服务器无线传输到客户端； 步骤十四:客户端利用可执行程序接收此视频流，并将视频存储在指定文件夹中； 步骤十五:利用ffmpeg软件提供的命令，将指定视频帧转化为BMP格式图片； 步骤十六:在客户端利用软件模块中设计的解密程序，还原出密写信息与原始图片，存入指定文件夹中，其过程和步骤正好与信息的嵌入过程相反； 步骤十七:整个视频采集，加密，传输过程结束。
【文档编号】H04N1/32GK103973937SQ201410179258
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年4月29日 优先权日:2014年4月29日
【发明者】沙超, 王汝传, 沈天呈, 黄海平, 肖甫, 徐佳, 蒋凌云 申请人:南京邮电大学