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基于视觉效应的视频信息电磁泄漏抑制方法研究
资料介绍
计算机的电磁辐射会包含视频信息从而造成的信息泄漏,本文在随机置乱的基础上,根据人眼视觉效应提出了互补置乱的方法来抑制视频信息通过电磁辐射的泄漏.通过对相邻的每帧视频信息进行加减随机噪声,使得人眼视觉观察效果抵消掉噪声对视频图像的干扰,在叠加噪声的同时,保证了视频图像的清晰度,同样也达到了抑制视频信息电磁泄漏的功能.最后也通过实际截获实验,验证了该方法的可行性.
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第 期
Vol． 45 No． 8
Aug． 2017
电
子
学
报
2017
8
年 月
ACTA ELECTRONICA SINICA
基于视觉效应的视频信息电磁泄漏抑制方法研究
，
，
，
王 森 邱 扬 田 锦 许清琳
(
，
710071)
西安电子科技大学机电工程学院 陕西西安
:
， ，
计算机的电磁辐射会包含视频信息从而造成的信息泄漏 本文在随机置乱的基础上 根据人眼视觉效
摘 要
． ，
应提出了互补置乱的方法来抑制视频信息通过电磁辐射的泄漏 通过对相邻的每帧视频信息进行加减随机噪声 使得
，
，
，
人眼视觉观察效果抵消掉噪声对视频图像的干扰 在叠加噪声的同时 保证了视频图像的清晰度 同样也达到了抑制
． ，
视频信息电磁泄漏的功能 最后也通过实际截获实验 验证了该方法的可行性
．
:
;
;
;
关键词
中图分类号
URL: http: / /www． ejournal． org． cn
视频信息 电磁泄漏 信息安全 互补置乱
:
TP309
:
A
:
文章编号
0372-2112 ( 2017) 08-2038-06
文献标识码
DOI: 10． 3969 /j． issn． 0372-2112． 2017． 08． 033
电子学报
Research on Method for Preventing Digital Video
Signal Electromagnetic Leakage Based on Visual Effect
WANG Sen，QIU Yang，TIAN Jin，XU Qing-lin
( School of Mechani-Electronic Engineering of Xidian University，Xi’an，Shaanxi 710071，China)
Abstract: The electromagnetic radiation of computer contains video information which causes the information leak-
age． In this paper，a method is proposed according to the effect of human visual，based on the random scrambling，which
called complementary scrambling，for preventing the leakage of video information through the electromagnetic radiation． The
effect of human visual can eliminate the interference of noise to video image by adding and subtracting the random noise to
each contiguous frame of video information，and imposes noise on displayed screen images while keeping the quality of the
image． And realize the function of preventing the video information electromagnetic leakage． Finally，the feasibility of the
method is verified by experiments．
Key words: video information; electromagnetic leakage; information security; complementary scrambling
［6］
，
噪声干扰装置 将视频信息相关的频谱分布进行覆
1
引言
， ．
盖 然而此方法会增加计算机的电磁辐射强度 对于近
1985
Van Eck
从
年
发表了计算机视频信息会通过
，
年来已被广泛使用的数字视频接口 英国剑桥大学
Ku-
［1］
，
电磁辐射造成信息泄漏 计算机信息的电磁辐射就
hn
提出了把低重要位的视频数据随机化的防泄漏方
［7］
．
引起人们的重视 随着
TEMPEST( Transient Electromag-
，
，
法 实现了数字视频信号的噪声叠加 使其在时域和
netic Pulse Emanation Surveillance Technology)
技术的快
，
．
，
频域均为白噪声特性 从而无法被截获复现 但是 置乱
， ．
速发展 各国对该技术的研究更加广泛和深入 电磁信
，
后的文字图像在显示质量上大幅下降 给使用者正常
， ，
息泄漏的抑制技术也应用而生 大量研究资料表明 计
．
的工作造成不便
、
算机视频系统是整个计算机系统中电磁辐射最强 可
HDMI
HDMI
接口线缆
接口是现在比较主流的数
HDMI
，
视信息量最大的 其产生的泄漏信息最易于被接收和
， 、
字视频接口 笔记本 台式机等电脑均有
，
接口 且
复现［2］
．
HDMI
．
线缆广泛应用于多种显示系统 高达
Gbit /s
传输
VGA
对基于
视频接口的防泄漏技术的研究已较为
HDMI
，
线缆数据通道中串行传输 使
速率的视频信号在
成熟 多采用屏蔽 滤波和抖动伪发射［3 ～ 5］等技术防止
，
、
．
得线缆的电磁辐射更强
HDMI
．
有用视频信息的泄漏 日本学者提出了外加一个相关
，
接口线缆为研究对象 在数字视频系
本文以
: 2016-01-15;
: 2016-06-27;
:
收稿日期
修回日期
责任编辑 蓝红杰
:
973
( No． 2015CB857103)
基金项目 国家
重点基础研究发展规划
2039
8
:
王 森 基于视觉效应的视频信息电磁泄漏抑制方法研究
第
期
，
，
统防泄漏理论研究的基础上 结合人眼的视觉特性 找
—
出了一种符合人眼感知的新的防泄漏技术 互补置
，
乱 其在继承原有随机置乱技术在防泄漏方面优势的
，
．
基础上 大大改善了置乱后图像的显示质量 研制了
HDMI
，
接口的数字信号处理板卡 经过视频信息电磁泄
，
漏的截获测试 验证达到了数字视频信息安全性与可
．
用性的平衡
2
互补置乱原理
2( a) ( b)
和
，
的像素序列只有最高位不同 其他
图
，
，
在随机置乱的基础上 利用人眼视觉暂留特性 人
，
， ( b) ( c)
都一样 但很明显颜色差别很大 而
和
的像素序
，
眼长期暴露在不断快速变化的颜色当中 会对快速变
，
，
．
列只有一个低位不同 其他一样 颜色差别却很小 可
．
化的前后几帧图像产生视觉混合效应 将随机置乱与
， ．
见 二进制数的高位对于视频图像影响最大 因此在置
，
混色原理相结合 通过对视频相邻两帧的图像信息上
，
乱过程中选择将低重要位置换成伪随机序列 牺牲一
/ ，
加 减噪声 人眼视觉的互补进而消除所叠加随机噪声
．
部分图像细节来获得所需的置乱效果 随机置乱方法
，
对图像的影响 提高视频图像的清晰度
．
3 ，
如图 所示 如图中一个白色像素点的每个子像素置乱
2. 1
4
，4 1111，
位的情况 位二进制数的最大变化范围为 也
随机置乱
( RGB)
15，
只占到量化范围的
6%
，
左右 因此仅在
视频图像的数据信息
分别通过三个数据传
即十进制的
． HDMI
1 ．
接口框图如图 所示 当串行
，
仔细观看时才能看到图像质量的下降 随着置乱位数
输通道进行传输
HDMI
， ， 4
的增加 子像素的取值变化范围也更大 如图 中置乱
的数字视频信息通过
线缆的电磁辐射而被截获
， ，
者接收 即可获得视频图像信息 进而还原显示图像
．
5
6 ，
位和 位的情况所示 图像质量的下降也愈明显
．
，
，
置乱程度的越高 即对视频数据置乱的位数越多 则
随机置乱的基本思想是在显卡后的串行传输的视
HDMI
， ．
电磁抑制效果越好 但图像质量会越差 置乱程度的选取
，
频信号中混入伪随机序列 即在
线缆上的视频信
应在保证视频信息不能被截获还原情况下尽量保证图像
，
号叠加上随机噪声 使得
HDMI
． 5
质量 图 为同一图像置乱前后
HDMI
线缆的电磁辐射具有趋
线缆上传输时电
，
磁辐射频谱仿真计算图 可见置乱后的频谱更为杂乱
．
， ，
向白噪声功率谱的特性 降低视频信号功率 增加噪声
具体置乱程度的电磁泄漏抑制效果则需要在实际
， ，
信号的功率 从而降低接收到电磁信号的信噪比 以抑
． ，
的电磁泄漏截获测试中确定 本文中 经过多次测试验
．
制数字视频信息的截获恢复
5
证置乱 位后则不能截获还原图像信息
．
，
根据有用信息与背景之间不同颜色差别 确定视
5
，
8
当置乱程度为 位时 像素信息数据的 位原始数
．
频数据重要位 数字视频数据由
RGB
，
三个通道构成 每
5
，
据中的 位被置换为随机序列 其中有用信号的位数只
TMDS ，
，TMDS
编码后 一个像素
8 ，
个通道用 位二进制数表示一个像素点的颜色 都可以
3
．
剩 位 根据
编码规则
256
． ，
种颜色 数值越大 表示这个通道对应颜色所
表示
10
7
，
信息数据的 位数据中有 位是随机序列 有用信息
． 2
占比例就越大 不同的像素值对比如图 所示
．
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