一種視頻數據的加密方法
2023-05-28 10:38:26 1
專利名稱：一種視頻數據的加密方法
技術領域：
本發明涉及一種數據加密方法，尤其涉及一種視頻數據的加密方法。
背景技術：
隨著計算機技術的進一步發展，三網融合技術也有長足發展。視頻會議、交互式電視、電子貿易等得到更多的應用。數位化是將多種信息轉變為數字、數據，然後將這些數字、數據建立相應的數位化模型，進而轉變為二進位代碼輸入計算機進行統一處理。數位化數據相比其它存儲設備，例如磁碟等可以保證數據在傳輸時的完整性，方便了數據擁有者進行數據傳播、例如網絡傳輸。但是，正是由於數據在網絡傳輸時具有足夠的完整性，數據剽竊者也可以得到完整的數據，這樣，容易導致洩密等事故，對數據擁有者造成很大不便。而視頻數據較大，如果採用傳統的加解密方法，其加密、傳輸和解密時間較長，對有即時傳輸並查看需求的用戶帶來不便。另外，隨著電子商務成為一種便利、快捷的貿易方式，使用者越來越多，其安全性也越來越重要。如何確保電子商務中各項資料的完整、保密和唯一，是人們一直以來努力解決的問題，數據的加密和解密是解決該問題的一個有效手段，因此人們對數據傳輸的加密進行了很多研究。現有技術中加密方法按照密鑰種類分為兩種，保密密鑰和公開密鑰。人們對保密密鑰的加密方法進行了很多研究，得到了多個較好的加密方法，但是這些方法都會遇到同一個問題是保密密鑰的安全傳輸問題。而公開密鑰的加密方法雖然沒有密鑰洩密問題，但該方法運算量大，處理速度慢。因此需要一種加密速度快且安全的視頻加密方法。
發明內容
本發明公開了一種視頻數據的加密方法，該方法的加密速度快且抗攻擊能力強。本發明的視頻數據的加密方法針對的視頻數據包括多個視頻數據幀，每一個視頻數據幀包括多個幀內編碼大數據區域，每個幀內編碼大數據區域包括多個小數據區域，其中該加密方法包括如下步驟每個小數據區域包括直流係數和交流係數；由直流係數得到直流差值；針對同一個所述幀內編碼大數據區域中的所述多個小數據區域，提取特定交流係數，形成組合向量;產生多個參數；用所述多個參數中的部分參數加密多個直流差值和多個特定交流係數，得到多個加密直流差值和加密特定交流係數；用所述多個參數中的一個生成排列位置；根據所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流係數重新排列後回置於所述小數據區域內；
將所述部分參數連 接成參數向量；根據一公開密鑰加密所述參數向量得到位元序列；用所述位元序列將所有位元隱藏在所述幀內編碼大數據區域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流係數的其它交流係數位置中。優選地，所述位元序列中所有的位元隱藏在所述視頻數據中第一個視頻數據幀內的幀內編碼大數據區域中。優選地，所述提取特定交流係數的方法是針對同一個所述幀內編碼大數據區域中的所述多個小數據區域，以z折線掃描方式提取特定交流係數。優選地，用所述部分參數加密直流差值的方法是，用所述部分參數生成二值化隨機序列，用所述二值化隨機序列加密所述直流差值。優選地，用所述部分參數加密多個特定交流係數的方法是，用所述部分參數生成二值化隨機序列，用所述二值化隨機序列加密所述多個特定交流係數。本發明還公開了一種視頻數據的加密裝置，其中所述加密裝置針對的視頻數據包括多個視頻數據幀，每一個視頻數據幀包括多個幀內編碼大數據區域，每個幀內編碼大數據區域包括多個小數據區域，其中，所述加密裝置包括加密單元、參數生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊；所述加密單元包括直流係數加密單元和交流係數加密單元；其中，所述參數生成器用於生成多個參數；所述直流係數加密單元用於根據所述多個參數之一對同一個幀內編碼大數據區域中的直流差值進行加密；所述交流係數加密單元用於根據所述多個參數之一對特定交流係數進行加密，進而隱藏部分加密特定交流係數；所述保密密鑰加密模塊用於將所述多個參數連接成參數向量，並利用一公開密鑰加密所述參數向量並得到位元序列；所述保密密鑰隱藏模塊用於按照次序將所述位元序列中所有位元隱藏在所述幀內編碼大數據區域中，尤其是不包括存放加密特定交流係數的其它交流係數位置中。
具體實施例方式為了使本領域技術人員更清楚地理解本發明的技術方案，下面結合具體實施方式
本發明的視頻數據的安全加密方法。視頻數據由數據發送端發送至數據接收端之前，需要先將視頻數據進行解壓縮，然後根據本發明的加密方法進行加密，然後將經過加密的視頻數據壓縮，形成加密的壓縮數據包，再將其傳送至數據接收端。對視頻數據的壓縮方法包括轉換、量化和差值化，也可採用其它壓縮方法。視頻數據的每一幀包括多個大數據區域，例如M1、M2、M3和M4，當然每一幀也可以包括更多個大數據區域。每個大數據區域包括多個小數據區域，例如大數據區域Ml包括ml、m2、m3和m4，當然每個大數據區域可以包括更多個小數據區域。每個小數據區域由多個像素組成，例如小數據區域ml包括8X8的像素。視頻數據壓縮為了達到高壓縮效率，一般比較注重去除影像數據幀的時間多餘度。而根據影像數據幀種類一般的視頻數據幀可以劃分為I幀、P幀和B幀。P幀利用最接近的I幀或P幀預測其移動向量，而B幀則同時利用前後接近的影像數據幀作為預測的參考。因此，I幀中包含的數據區域均為幀內編碼數據區域，而P幀和B幀所包含的數據區域則包括一部分幀內編碼數據區域以及一部分透過移動向量參考其它視頻數據幀的幀內編碼數據區域。本發明針對幀內編碼大數據區域中的部分數據進行加密。
首先將幀內編碼大數據區域進行餘弦轉換，從而將8X8的像素數轉換成8X8個直流係數或交流係數。經過餘弦轉換後，對直流系 數進行差值脈衝編碼調節的差值化步驟。例如以第一直流係數為基數，取後續直流係數與第一直流係數之間的直流差值。也可以其它直流係數為基數，取其它直流係數與該基數的直流差值。在差值化同時，可以對交流係數進行量化步驟。量化是在一個量化表中存入固定係數，表中越靠近左上角的固定係數值越小，越靠近右下角的固定係數值越大。每一個固定係數對應一個交流係數。量化過程是用每個交流係數除以量化表中該交流係數對應的固定係數。由於在餘弦轉換過程中已經將重要數據集中在z折線掃描排列的前面的交流係數中，因此數據重心集中在直流係數以及低頻的交流係數上，高頻的交流係數的數值較小，因此z折線掃描排列在前面的交流係數是很重要的特定交流係數。對視頻數據經餘弦轉換、差值脈衝編碼調節和量化後，得到多個直流差值和多個特定的交流係數，本發明的視頻數據的加密方法就是針對上述直流差值和特定的交流係數進行加密，再隱藏加密用的保密密鑰，再將其壓縮後即得到可傳輸的視頻數據加密壓縮包。下面詳細描述本發明的加密方法。實現本發明的加密方法的加密裝置包括加密單元、參數生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊。其中加密單元包括直流係數加密單元和交流係數加密單元。對直流差值和交流係數進行加密的方法如下。在視頻數據經轉換、差值化和量化模塊處理後，得到了多個直流差值和特定的交流係數。同時，參數生成器生成了多個參數，例如Wp、H、m、r和a。加密單元、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊可以利用上述參數對直流差值和特定交流係數進行加密，包括根據參數產生兩個二值化隨機序列；和根據兩個二值化隨即序列將直流差值和特定交流係數加密，成為加密直流係數和加密特定交流係數。參數Wp用於產生二值化隨機序列Ppn = {Pi}，其產生的數值為加I或減I。交流係數加密單元將上述特定交流係數ACi乘以二值化隨機序列Pi，得到加密後的交流係數AC/
=ACi^piO同時，參數ws用於產生二值化隨機序列Spn = IsJ，直流係數加密單元利用該二值化隨機序列將每個直流差值A DCi進行處理A DCi' =A DCJa* (r*Si_l)。由於本發明的加密方法僅對直流差值和特定交流係數進行加密，因此比現有技術中視頻數據的加密方法得到的數據小，可以提高加解密的速度。之後，對特定交流係數進行進一步加密，提高其保密性。對每一個大數據區域中的四個小數據區域以特殊排列，例如z折線掃描的排列方式，從每一個8X8的小數據區域中取出交流係數加密單元加密過的m個加密特定交流係數,形成組合向量4 ;然後,利用wm產生的排列方程產生一個新排列位置；然後，重新排列4內各個加密特定交流係數的排列順序，SPfV =P(wm，fj，其中P表示重新排序運算。例如，以大數據區域Ml為例，從每一個8X8的小數據區域中取出交流係數加密單元22加密過的m = 15個加密特定交流係數，形成組合向量4 ;該組合向量內共有15X4個正負號經過加密的特定交流係數；然後，利用Wm產生的排列方程產生一個新排列位置，例如{58，18，20，35，…}的60個位置；然後，重新排列4內各個加密特定交流係數的排列順序，則原來排列在小數據區域bl第I個位置的加密特定交流係數重新排列在第58位，也就是小數據區域b4的第13個位置上。之後，對數據再次進行加密。為了提高參數加密處理的效率，保密密鑰加密單元先 將參數Wp、Wni、Ws、m、r和a連接成一個參數向量，也就是保密密鑰。再利用一個公開密鑰ku對該參數向量進行加密，得到位元序列B = Eku ([r|m| a I Wp I Wm I wj),其中Eku表示公開密鑰的加密運算法則，「I」表示連接運算符，B表示加密後的二進位位元序列數值。然後，保密密鑰加密單元依次將每一個位元序列B中的位元隱藏到I幀中幀內編碼大數據區域中的中頻到高頻交流係數位置上，也就是z折線掃描中間到後段的部分，但其中不包括前面隱藏加密處理的特定交流係數的位置。隱藏方式以取代中頻到高頻交流係數的保留重要位元處理，降低嵌入保密密鑰所造成的失真，解密後獲得較高品質的視頻數據。當一個幀內編碼數據區域內的特定交流係數位置被用盡，則隱藏到下一個幀內編碼數據區域內，從而確保位元序列B嵌入在一個I幀中。上述針對I幀加密進行了說明，對於P幀和B幀的加密原理類似。數據接收端端接收視頻數據後的解密方法為數據發送端進行的加密方法的反向過程，即可以利用公開密鑰將保密密鑰從接收到的視頻加密數據包提取出來，然後利用該保密密鑰解密直流差值和特定交流係數後得到原始視頻數據。具體步驟本領域技術人員由上述公開的內容即可以得知，此處不再贅述。本發明的視頻數據的加密方法結合保密密鑰和公開密鑰的特點，採用公開密鑰使攻擊者不能得知保密密鑰的位置，克服了保密密鑰傳輸容易洩漏的缺陷，同時又增強了公開密鑰的抗攻擊能力，使得視頻數據的加密更快更安全。以上具體實施方式
僅用於描述本發明的視頻數據的加密方法的技術方案，不用於限定本發明，本領域技術人員在不脫離本發明的範圍內，可以得到各種變型和組合，因此本發明的保護範圍以權利要求書為準。
權利要求
1.一種視頻數據的加密方法，其中視頻數據包括多個視頻數據幀，每一個視頻數據幀包括多個幀內編碼大數據區域，每個幀內編碼大數據區域包括多個小數據區域，其特徵在於， 所述加密方法包括如下步驟 每個小數據區域包括直流係數和交流係數；由直流係數得到直流差值；針對同一個所述幀內編碼大數據區域中的所述多個小數據區域，提取特定交流係數，形成組合向量； 產生多個參數； 用所述多個參數中的部分參數加密多個直流差值和多個特定交流係數，得到多個加密直流差值和加密特定交流係數； 用所述多個參數中的一個生成排列位置； 根據所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流係數重新排列後回置於所述小數據區域內； 將所述部分參數連接成參數向量； 根據一公開密鑰加密所述參數向量得到位元序列； 用所述位元序列將所有位元隱藏在所述幀內編碼大數據區域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流係數的其它交流係數位置中。
2.如權利要求I所述的視頻數據的加密方法，其特徵在於，所述位元序列中所有的位元隱藏在所述視頻數據中第一個視頻數據幀內的幀內編碼大數據區域中。
3.如權利要求I所述的視頻數據的加密方法，其特徵在於，所述提取特定交流係數的方法是針對同一個所述幀內編碼大數據區域中的所述多個小數據區域，以z折線掃描方式提取特定交流係數。
4.如權利要求I所述的視頻數據的加密方法，其特徵在於，用所述部分參數加密直流差值的方法是，用所述部分參數生成二值化隨機序列，用所述二值化隨機序列加密所述直流差值。
5.如權利要求I所述的視頻數據的加密方法，其特徵在於，用所述部分參數加密多個特定交流係數的方法是，用所述部分參數生成二值化隨機序列，用所述二值化隨機序列加密所述多個特定交流係數。
全文摘要
本發明公開了一種視頻數據的加密方法，包括如下步驟生成多個參數；用所述多個參數中的部分參數加密多個直流差值和多個特定交流係數，得到多個加密直流差值和加密特定交流係數；用所述多個參數中的一個生成排列位置；根據所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流係數重新排列後回置於所述小數據區域內；將所述部分參數連接成參數向量；根據一公開密鑰加密所述參數向量得到位元序列；用所述位元序列將所有位元隱藏在所述幀內編碼大數據區域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流係數的其它交流係數位置中。該方法的加密速度快且抗攻擊能力強。
文檔編號H04N21/234GK102625153SQ201210077080
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月22日 優先權日2012年3月22日
發明者李宗霖 申請人:李宗霖