CN108459209A - 一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置 - Google Patents

一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置，所述方法包括：获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换，然后进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；对所述局部极值信号最大值进行积分旁瓣比处理，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值信号最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。自动提取计算机电磁泄漏信号的同步参数，在复杂电磁环境下，同步参数的提取具有较高的自动性、快速性和可靠性。

Description

一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置
技术领域
本发明涉及电磁信号处理技术领域，更具体地，涉及一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置。
背景技术
信息技术设备在工作过程中，模拟与数字信号处理中电流的变化将产生电磁发射，这些电磁发射如被接收分析即可能还原相关信息，从而造成信息泄密。这种由于电磁发射而造成的信息安全保密问题即为电磁泄漏，或称电磁信息泄漏、信息电磁泄漏、TMEPEST等。在电磁泄漏研究中，“红信息”是指与敏感信息有关的电信号，否则为黑信息。电磁泄漏伴随设备的运行一直存在，时刻威胁着各类设备的信息安全。随着技术的不断发展，电磁泄漏对信息技术设备带来的安全隐患日益突现。
电磁泄漏信号中可能含有信息设备处理的敏感信息，通过特定的设备和信号处理手段可实现对电磁泄漏信号的截获并还原出其中的敏感信息，威胁到国家的信息安全。计算机视频信号由于本身包含丰富的有用信息，并且在串行传输中未经过加密，驱动电流大，暴露空间多，其泄漏发射信号很容易被截获和复现。因此，计算机使用之前对其进行电磁泄漏检测尤为重要。
在电磁泄漏发射信号检测过程中，实施自动检测的关键问题在于同步参数的提取，同步参数隐藏在电磁泄漏信号中，现有技术中的方法是通过额外的波形发生设备产生同步信号，进而提取同步参数，但是这种方法依赖于人工不断的尝试，才能提取到同步参数，增加了检测成本，且检测时间长。
发明内容
本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置，解决了现有技术中依赖于人工尝试，增加了检测成本，且检测时间长的问题。
根据本发明的一个方面，提供一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法，包括：
获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；
计算所述局部极值信号的积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值信号最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。
作为优选的，获取计算机电磁泄漏发射的时域信号具体包括：
通过天线获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号。
作为优选的，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT具体包括：
对所述时域信号进行第一次FFT，然后通过频域加窗和滤波预处理，得到周期性特征的频域信号；
对所述频域信号进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号。
作为优选的，进行局部极值点检测具体包括：
基于视频电子标准协会VESA先验行频进行加窗处理，将所述频率信号局域化，对局域化后的频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。
作为优选的，所述积分旁瓣比为：ISLR＝20log10[(Ptotal-Pmain)/Pmain]，Ptotal为局部极值信号S(u)的全部能量值，Pmain是3dB主瓣能量值。
作为优选的，判断存在电磁泄漏红信息后还包括：
基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取装置，包括：
信息提取模块，用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；
电磁泄漏判断模块，对所述局部极值信号计算其积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值数最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。
作为优选的，所述信息提取模块包括天线和傅里叶变换模块；
所述天线用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号；
所述傅里叶变换模块用于对所述时域信号进行第一次快速傅里叶变换FFT，得到周期性特征的频域信号。
作为优选的，所述傅里叶变换模块还用于对所述频域数据进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号，基于视频电子标准协会VESA先验行频值对所述频率信号进行加窗处理，并通过局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。
作为优选的，所述电磁泄漏判断模块还用于在判断存在电磁泄漏红信息后，基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
本发明提出一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置，通过成熟的数字信号处理方法，通过对计算机视频电磁泄漏信号进行多次FFT处理，依据先验知识将处理后数据局域化，提取其局部极值信号最大值，并通过红黑判决实现电磁泄漏信号的判断，自动提取计算机电磁泄漏信号的同步参数，在复杂电磁环境下，同步参数的提取具有较高的自动性、快速性和可靠性。
附图说明
图1为根据本发明实施例的计算机视频电磁泄漏同步参数自动提取方法流程图；
图2为根据本发明实施例的原始输入信号波形图；
图3为根据本发明实施例的第一次FFT和预处理后的波形图；
图4为根据本发明实施例的第二次FFT、基于VESA行频先验知识加窗处理和局部极值点检测后的波形图；
图5为根据本发明实施例的基于VESA场频先验知识加窗处理和局部极值点检测后的波形图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1所示，图中示出了一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法，包括：
获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；通过局部极值信号的最大值判断是否存在电磁泄漏红信息，及获取同步参数；
具体的，对所述局部极值信号计算其积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值，积分旁瓣比(Integrated Side Lobe Ratio，ISLR)是旁瓣能量和主瓣能量之间的比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值信号最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。在本实施例中，首先通过两次FFT后局域化信号的局部信号极大值获取可能的电磁泄漏红信息的同步参数值，再通过计算积分旁瓣比进行红黑判决，判断所述电磁泄漏为红信息或黑信息，提取流程实现简单，在复杂电磁环境下，具有较高的鲁棒性，能够自动、快速、稳定的提取同步参数，便于工程应用和实践，解决了实际检测过程中检测流程复杂、检测时间长、检测人工干预多的问题。
具体的，在本实施例中，获取计算机电磁泄漏发射的时域信号具体包括：
通过天线获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，由于背景噪声的存在，采集的信号包含噪声和其他电磁干扰，如图2所示。
FFT(Fast Fourier Transformation，快速傅里叶变换)是一种离散傅氏变换(Discrete Fourier Transform，DFT)的高效算法，它根据离散傅氏变换的奇、偶、虚、实等特性，对离散傅立叶变换的算法进行改进获得的，可分为按时间抽取算法和按频率抽取算法。
使用FFT分析信号的频率成分时，分析的是有限的数据集合。FFT认为波形是一组有限数据的集合，一个连续的波形是由若干段小波形组成的。对于FFT而言，时域和频域都是环形的拓扑结构。时间上，波形的前后两个端点是相连的。如测量的信号是周期信号，采集时间内刚好有整数个周期，那么FFT的上述假设合理。
在很多情况下，并不能测量到整数个周期。因此，测量到的信号就会被从周期中间切断，与时间连续的原信号显示出不同的特征。有限数据采样会使测量信号产生剧烈的变化。这种剧烈的变化称为不连续性。
采集到的周期为非整数时，端点是不连续的。这些不连续片段在FFT中显示为高频成分。这些高频成分不存在于原信号中。这些频率可能远高于奈奎斯特频率，在0～采样率的一半的频率区间内产生混叠。使用FFT获得的频率，不是原信号的实际频率，而是一个改变过的频率。类似于某个频率的能量泄漏至其他频率。这种现象叫做频谱泄漏。频率泄漏使好的频谱线扩散到更宽的信号范围中。
可通过加窗来尽可能减少在非整数个周期上进行FFT产生的误差。采集到的有限序列的边界会呈现不连续性。加窗可减少这些不连续部分的幅值。加窗包括将时间记录乘以有限长度的窗，窗的幅值逐渐变小，在边沿处为0。加窗的结果是尽可能呈现出一个连续的波形，减少剧烈的变化。
窗的波形图显示了窗本身为一个连续的频谱，有一个主瓣，若干旁瓣。主瓣是时域信号频率成分的中央，旁瓣接近于0。旁瓣的高度显示了加窗函数对于主瓣周围频率的影响。对强正弦信号的旁瓣响应可能会超过对较近的弱正弦信号主瓣响应。一般而言，低旁瓣会减少FFT的泄漏，但是增加主瓣的带宽。旁瓣的跌落速率是旁瓣峰值的渐进衰减速率。增加旁瓣的跌落速率，可减少频谱泄漏。
具体的，在本实施例中，对所述时域信号进行快速傅里叶变换FFT具体包括：
对所述时域信号进行第一次FFT，然后进行频域加窗和滤波处理，得到周期性特征的频域信号；获得相对干净的电磁泄漏信号频谱，如图3所示。
对所述频域信号进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号，并基于视频电子标准协会(Video Electronics Standards Association,VESA)先验行频值进行加窗处理，将第二次FFT处理后的频率信号局域化。
具体的，在本实施例中，对所述局域化后的信号进行局部极值点检测具体包括：
对所述局域化后的频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。基于VESA行频的先验知识得到的局部极值信号如图4所示。搜索图4的最大值(um,S(um))保存。
在进行积分旁瓣比时，ISLR＝20log10[(Ptotal-Pmain)/Pmain]，Ptotal是S(u)的全部能量值，Pmain是3dB主瓣能量值。实施红黑判决，当小于给定经验阈值Tr时，认为原始信号中不存在电磁泄漏信息，当大于阈值Tr时，判决存在电磁泄漏红信息，输出同步参数1/um。
在本实施例中，Tr＝8，ISLR>Tr，原始信号中存在计算机视频电磁泄漏红信息，1/um为行频值。进一步基于VESA场频的先验知识加窗处理，然后对其进行局部极值检测，得到局部极值数据如图5所示，提取场频值。
在本实施例中，判断存在电磁泄漏红信息后还包括：
基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
本实施例中还提供了一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取装置，包括：
信息提取模块，用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；
电磁泄漏判断模块，对所述局部极值信号计算其积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值数最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。
在本实施例中，所述信息提取模块包括天线和傅里叶变换模块；
所述天线用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号；
所述傅里叶变换模块用于对所述时域信号进行第一次快速傅里叶变换FFT，得到周期性特征的频域信号。
在本实施例中，所述傅里叶变换模块还用于对所述频域数据进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号，基于视频电子标准协会VESA先验行频值对所述频率信号进行加窗处理，并通过局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。
在本实施例中，所述电磁泄漏判断模块还用于在判断存在电磁泄漏红信息后，基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
综上所述，本发明提出一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法和装置，通过成熟的数字信号处理方法，通过对计算机视频电磁泄漏信号进行多次FFT处理，将频域信号局域化，并提取频域信号的局部极值数最大值，并通过红黑判决实现电磁泄露信号的判断，自动提取计算机电磁泄漏信号的同步参数，在复杂电磁环境下，同步参数的提取具有较高的自动性、快速性和可靠性。
最后，本发明的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取方法，其特征在于，包括：
获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；
计算所述局部极值信号的积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值信号最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，获取计算机电磁泄漏发射的时域信号具体包括：
通过天线获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT具体包括：
对所述时域信号进行第一次FFT，然后通过频域加窗和滤波预处理，得到周期性特征的频域信号；
对所述频域信号进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，进行局部极值点检测具体包括：
基于视频电子标准协会VESA先验行频进行加窗处理，将所述频率信号局域化，对局域化后的频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述积分旁瓣比为：ISLR＝20log10[(Ptotal-Pmain)/Pmain]，Ptotal是局部极值信号S(u)的全部能量值，Pmain是3dB主瓣能量值。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，判断存在电磁泄漏红信息后还包括：
基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
7.一种计算机视频电磁泄漏同步参数提取装置，其特征在于，包括：
信息提取模块，用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号，对所述时域信号进行两次快速傅里叶变换FFT，得到频率信号，然后对所述频率信号进行局部极值点检测，得到局部极值信号，并获取局部极值信号最大值；
电磁泄漏判断模块，对所述局部极值信号计算其积分旁瓣比，得到积分旁瓣比值；判断所述积分旁瓣比值是否大于设定阈值，若是则判断存在电磁泄漏红信息，将所述局部极值数最大值对应的参数作为电磁泄漏信号的同步参数，若否则判断不存在电磁泄漏红信息。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述信息提取模块包括天线和傅里叶变换模块；
所述天线用于获取计算机视频电磁泄漏发射的时域信号；
所述傅里叶变换模块用于对所述时域信号进行第一次快速傅里叶变换FFT，得到周期性特征的频域信号。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述傅里叶变换模块还用于对所述频域数据进行第二次FFT，得到所述频域信号的频率信号，基于视频电子标准协会VESA先验行频值对所述频率信号进行加窗处理，并通过局部极值点检测，得到局部极值信号S(u)，并获取局部极值信号最大值(um,S(um))。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述电磁泄漏判断模块还用于在判断存在电磁泄漏红信息后，基于VESA先验场频对所述频率信号进行加窗处理，提取场频。
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