專(zhuān)利名稱(chēng)：一種視頻數(shù)據(jù)的加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)加密方法，尤其涉及一種視頻數(shù)據(jù)的加密方法。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，三網(wǎng)融合技術(shù)也有長(zhǎng)足發(fā)展。視頻會(huì)議、交互式電視、電子貿(mào)易等得到更多的應(yīng)用。數(shù)字化是將多種信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字、數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立相應(yīng)的數(shù)字化模型，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制代碼輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一處理。數(shù)字化數(shù)據(jù)相比其它存儲(chǔ)設(shè)備，例如磁盤(pán)等可以保證數(shù)據(jù)在傳輸時(shí)的完整性，方便了數(shù)據(jù)擁有者進(jìn)行數(shù)據(jù)傳播、例如網(wǎng)絡(luò)傳輸。但是，正是由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)傳輸時(shí)具有足夠的完整性，數(shù)據(jù)剽竊者也可以得到完整的數(shù)據(jù)，這樣，容易導(dǎo)致泄密等事故，對(duì)數(shù)據(jù)擁有者造成很大不便。而視頻數(shù)據(jù)較大，如果采用傳統(tǒng)的加解密方法，其加密、傳輸和解密時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)有即時(shí)傳輸并查看需求的用戶帶來(lái)不便。另外，隨著電子商務(wù)成為一種便利、快捷的貿(mào)易方式，使用者越來(lái)越多，其安全性也越來(lái)越重要。如何確保電子商務(wù)中各項(xiàng)資料的完整、保密和唯一，是人們一直以來(lái)努力解決的問(wèn)題，數(shù)據(jù)的加密和解密是解決該問(wèn)題的一個(gè)有效手段，因此人們對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用苓M(jìn)行了很多研究?，F(xiàn)有技術(shù)中加密方法按照密鑰種類(lèi)分為兩種，保密密鑰和公開(kāi)密鑰。人們對(duì)保密密鑰的加密方法進(jìn)行了很多研究，得到了多個(gè)較好的加密方法，但是這些方法都會(huì)遇到同一個(gè)問(wèn)題是保密密鑰的安全傳輸問(wèn)題。而公開(kāi)密鑰的加密方法雖然沒(méi)有密鑰泄密問(wèn)題，但該方法運(yùn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種視頻數(shù)據(jù)的加密方法，該方法的加密速度快且抗攻擊能力強(qiáng)。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的加密方法針對(duì)的視頻數(shù)據(jù)包括多個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀，每一個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀包括多個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域，每個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，其中該加密方法包括如下步驟每個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域包括直流系數(shù)和交流系數(shù)；由直流系數(shù)得到直流差值；針對(duì)同一個(gè)所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的所述多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，提取特定交流系數(shù)，形成組合向量;產(chǎn)生多個(gè)參數(shù)；用所述多個(gè)參數(shù)中的部分參數(shù)加密多個(gè)直流差值和多個(gè)特定交流系數(shù)，得到多個(gè)加密直流差值和加密特定交流系數(shù)；用所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)生成排列位置；根據(jù)所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流系數(shù)重新排列后回置于所述小數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)；
將所述部分參數(shù)連 接成參數(shù)向量；根據(jù)一公開(kāi)密鑰加密所述參數(shù)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(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。優(yōu)選地，所述位元序列中所有的位元隱藏在所述視頻數(shù)據(jù)中第一個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀內(nèi)的幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中。優(yōu)選地，所述提取特定交流系數(shù)的方法是針對(duì)同一個(gè)所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的所述多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，以z折線掃描方式提取特定交流系數(shù)。優(yōu)選地，用所述部分參數(shù)加密直流差值的方法是，用所述部分參數(shù)生成二值化隨機(jī)序列，用所述二值化隨機(jī)序列加密所述直流差值。優(yōu)選地，用所述部分參數(shù)加密多個(gè)特定交流系數(shù)的方法是，用所述部分參數(shù)生成二值化隨機(jī)序列，用所述二值化隨機(jī)序列加密所述多個(gè)特定交流系數(shù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種視頻數(shù)據(jù)的加密裝置，其中所述加密裝置針對(duì)的視頻數(shù)據(jù)包括多個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀，每一個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀包括多個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域，每個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，其中，所述加密裝置包括加密單元、參數(shù)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系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元；其中，所述參數(shù)生成器用于生成多個(gè)參數(shù)；所述直流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)之一對(duì)同一個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的直流差值進(jìn)行加密；所述交流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個(gè)參數(shù)之一對(duì)特定交流系數(shù)進(jìn)行加密，進(jìn)而隱藏部分加密特定交流系數(shù)；所述保密密鑰加密模塊用于將所述多個(gè)參數(shù)連接成參數(shù)向量，并利用一公開(kāi)密鑰加密所述參數(shù)向量并得到位元序列；所述保密密鑰隱藏模塊用于按照次序?qū)⑺鑫辉蛄兄兴形辉[藏在所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其是不包括存放加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。
具體實(shí)施例方式為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更清楚地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合具體實(shí)施方式
本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的安全加密方法。視頻數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端之前，需要先將視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓縮，然后根據(jù)本發(fā)明的加密方法進(jìn)行加密，然后將經(jīng)過(guò)加密的視頻數(shù)據(jù)壓縮，形成加密的壓縮數(shù)據(jù)包，再將其傳送至數(shù)據(jù)接收端。對(duì)視頻數(shù)據(jù)的壓縮方法包括轉(zhuǎn)換、量化和差值化，也可采用其它壓縮方法。視頻數(shù)據(jù)的每一幀包括多個(gè)大數(shù)據(jù)區(qū)域，例如M1、M2、M3和M4，當(dāng)然每一幀也可以包括更多個(gè)大數(shù)據(jù)區(qū)域。每個(gè)大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，例如大數(shù)據(jù)區(qū)域Ml包括ml、m2、m3和m4，當(dāng)然每個(gè)大數(shù)據(jù)區(qū)域可以包括更多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域。每個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域由多個(gè)像素組成，例如小數(shù)據(jù)區(qū)域ml包括8X8的像素。視頻數(shù)據(jù)壓縮為了達(dá)到高壓縮效率，一般比較注重去除影像數(shù)據(jù)幀的時(shí)間多余度。而根據(jù)影像數(shù)據(jù)幀種類(lèi)一般的視頻數(shù)據(jù)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(yù)測(cè)其移動(dòng)向量，而B(niǎo)幀則同時(shí)利用前后接近的影像數(shù)據(jù)幀作為預(yù)測(cè)的參考。因此，I幀中包含的數(shù)據(jù)區(qū)域均為幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域，而P幀和B幀所包含的數(shù)據(jù)區(qū)域則包括一部分幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域以及一部分透過(guò)移動(dòng)向量參考其它視頻數(shù)據(jù)幀的幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域。本發(fā)明針對(duì)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行加密。
首先將幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域進(jìn)行余弦轉(zhuǎn)換，從而將8X8的像素?cái)?shù)轉(zhuǎn)換成8X8個(gè)直流系數(shù)或交流系數(shù)。經(jīng)過(guò)余弦轉(zhuǎn)換后，對(duì)直流系 數(shù)進(jìn)行差值脈沖編碼調(diào)節(jié)的差值化步驟。例如以第一直流系數(shù)為基數(shù)，取后續(xù)直流系數(shù)與第一直流系數(shù)之間的直流差值。也可以其它直流系數(shù)為基數(shù)，取其它直流系數(shù)與該基數(shù)的直流差值。在差值化同時(shí)，可以對(duì)交流系數(shù)進(jìn)行量化步驟。量化是在一個(gè)量化表中存入固定系數(shù)，表中越靠近左上角的固定系數(shù)值越小，越靠近右下角的固定系數(shù)值越大。每一個(gè)固定系數(shù)對(duì)應(yīng)一個(gè)交流系數(shù)。量化過(guò)程是用每個(gè)交流系數(shù)除以量化表中該交流系數(shù)對(duì)應(yīng)的固定系數(shù)。由于在余弦轉(zhuǎn)換過(guò)程中已經(jīng)將重要數(shù)據(jù)集中在z折線掃描排列的前面的交流系數(shù)中，因此數(shù)據(jù)重心集中在直流系數(shù)以及低頻的交流系數(shù)上，高頻的交流系數(shù)的數(shù)值較小，因此z折線掃描排列在前面的交流系數(shù)是很重要的特定交流系數(shù)。對(duì)視頻數(shù)據(jù)經(jīng)余弦轉(zhuǎn)換、差值脈沖編碼調(diào)節(jié)和量化后，得到多個(gè)直流差值和多個(gè)特定的交流系數(shù)，本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的加密方法就是針對(duì)上述直流差值和特定的交流系數(shù)進(jìn)行加密，再隱藏加密用的保密密鑰，再將其壓縮后即得到可傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)加密壓縮包。下面詳細(xì)描述本發(fā)明的加密方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的加密方法的加密裝置包括加密單元、參數(shù)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系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元。對(duì)直流差值和交流系數(shù)進(jìn)行加密的方法如下。在視頻數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換、差值化和量化模塊處理后，得到了多個(gè)直流差值和特定的交流系數(shù)。同時(shí)，參數(shù)生成器生成了多個(gè)參數(shù)，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(shù)對(duì)直流差值和特定交流系數(shù)進(jìn)行加密，包括根據(jù)參數(shù)產(chǎn)生兩個(gè)二值化隨機(jī)序列；和根據(jù)兩個(gè)二值化隨即序列將直流差值和特定交流系數(shù)加密，成為加密直流系數(shù)和加密特定交流系數(shù)。參數(shù)Wp用于產(chǎn)生二值化隨機(jī)序列Ppn = {Pi}，其產(chǎn)生的數(shù)值為加I或減I。交流系數(shù)加密單元將上述特定交流系數(shù)ACi乘以二值化隨機(jī)序列Pi，得到加密后的交流系數(shù)AC/
=ACi^piO同時(shí)，參數(shù)ws用于產(chǎn)生二值化隨機(jī)序列Spn = IsJ，直流系數(shù)加密單元利用該二值化隨機(jī)序列將每個(gè)直流差值A(chǔ) DCi進(jìn)行處理A DCi' =A DCJa* (r*Si_l)。由于本發(fā)明的加密方法僅對(duì)直流差值和特定交流系數(shù)進(jìn)行加密，因此比現(xiàn)有技術(shù)中視頻數(shù)據(jù)的加密方法得到的數(shù)據(jù)小，可以提高加解密的速度。之后，對(duì)特定交流系數(shù)進(jìn)行進(jìn)一步加密，提高其保密性。對(duì)每一個(gè)大數(shù)據(jù)區(qū)域中的四個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域以特殊排列，例如z折線掃描的排列方式，從每一個(gè)8X8的小數(shù)據(jù)區(qū)域中取出交流系數(shù)加密單元加密過(guò)的m個(gè)加密特定交流系數(shù),形成組合向量4 ;然后,利用wm產(chǎn)生的排列方程產(chǎn)生一個(gè)新排列位置；然后，重新排列4內(nèi)各個(gè)加密特定交流系數(shù)的排列順序，SPfV =P(wm，fj，其中P表示重新排序運(yùn)算。例如，以大數(shù)據(jù)區(qū)域Ml為例，從每一個(gè)8X8的小數(shù)據(jù)區(qū)域中取出交流系數(shù)加密單元22加密過(guò)的m = 15個(gè)加密特定交流系數(shù)，形成組合向量4 ;該組合向量?jī)?nèi)共有15X4個(gè)正負(fù)號(hào)經(jīng)過(guò)加密的特定交流系數(shù)；然后，利用Wm產(chǎn)生的排列方程產(chǎn)生一個(gè)新排列位置，例如{58，18，20，35，…}的60個(gè)位置；然后，重新排列4內(nèi)各個(gè)加密特定交流系數(shù)的排列順序，則原來(lái)排列在小數(shù)據(jù)區(qū)域bl第I個(gè)位置的加密特定交流系數(shù)重新排列在第58位，也就是小數(shù)據(jù)區(qū)域b4的第13個(gè)位置上。之后，對(duì)數(shù)據(jù)再次進(jìn)行加密。為了提高參數(shù)加密處理的效率，保密密鑰加密單元先 將參數(shù)Wp、Wni、Ws、m、r和a連接成一個(gè)參數(shù)向量，也就是保密密鑰。再利用一個(gè)公開(kāi)密鑰ku對(duì)該參數(shù)向量進(jìn)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(kāi)密鑰的加密運(yùn)算法則，“I”表示連接運(yùn)算符，B表示加密后的二進(jìn)制位元序列數(shù)值。然后，保密密鑰加密單元依次將每一個(gè)位元序列B中的位元隱藏到I幀中幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的中頻到高頻交流系數(shù)位置上，也就是z折線掃描中間到后段的部分，但其中不包括前面隱藏加密處理的特定交流系數(shù)的位置。隱藏方式以取代中頻到高頻交流系數(shù)的保留重要位元處理，降低嵌入保密密鑰所造成的失真，解密后獲得較高品質(zhì)的視頻數(shù)據(jù)。當(dāng)一個(gè)幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)的特定交流系數(shù)位置被用盡，則隱藏到下一個(gè)幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)，從而確保位元序列B嵌入在一個(gè)I幀中。上述針對(duì)I幀加密進(jìn)行了說(shuō)明，對(duì)于P幀和B幀的加密原理類(lèi)似。數(shù)據(jù)接收端端接收視頻數(shù)據(jù)后的解密方法為數(shù)據(jù)發(fā)送端進(jìn)行的加密方法的反向過(guò)程，即可以利用公開(kāi)密鑰將保密密鑰從接收到的視頻加密數(shù)據(jù)包提取出來(lái)，然后利用該保密密鑰解密直流差值和特定交流系數(shù)后得到原始視頻數(shù)據(jù)。具體步驟本領(lǐng)域技術(shù)人員由上述公開(kāi)的內(nèi)容即可以得知，此處不再贅述。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的加密方法結(jié)合保密密鑰和公開(kāi)密鑰的特點(diǎn)，采用公開(kāi)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泄漏的缺陷，同時(shí)又增強(qiáng)了公開(kāi)密鑰的抗攻擊能力，使得視頻數(shù)據(jù)的加密更快更安全。以上具體實(shí)施方式
僅用于描述本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的加密方法的技術(shù)方案，不用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以得到各種變型和組合，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書(shū)為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種視頻數(shù)據(jù)的加密方法，其中視頻數(shù)據(jù)包括多個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀，每一個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀包括多個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域，每個(gè)幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，其特征在于， 所述加密方法包括如下步驟 每個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域包括直流系數(shù)和交流系數(shù)；由直流系數(shù)得到直流差值；針對(duì)同一個(gè)所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的所述多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，提取特定交流系數(shù)，形成組合向量； 產(chǎn)生多個(gè)參數(shù)； 用所述多個(gè)參數(shù)中的部分參數(shù)加密多個(gè)直流差值和多個(gè)特定交流系數(shù)，得到多個(gè)加密直流差值和加密特定交流系數(shù)； 用所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)生成排列位置； 根據(jù)所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流系數(shù)重新排列后回置于所述小數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)； 將所述部分參數(shù)連接成參數(shù)向量； 根據(jù)一公開(kāi)密鑰加密所述參數(shù)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(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。
2.如權(quán)利要求I所述的視頻數(shù)據(jù)的加密方法，其特征在于，所述位元序列中所有的位元隱藏在所述視頻數(shù)據(jù)中第一個(gè)視頻數(shù)據(jù)幀內(nèi)的幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中。
3.如權(quán)利要求I所述的視頻數(shù)據(jù)的加密方法，其特征在于，所述提取特定交流系數(shù)的方法是針對(duì)同一個(gè)所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的所述多個(gè)小數(shù)據(jù)區(qū)域，以z折線掃描方式提取特定交流系數(shù)。
4.如權(quán)利要求I所述的視頻數(shù)據(jù)的加密方法，其特征在于，用所述部分參數(shù)加密直流差值的方法是，用所述部分參數(shù)生成二值化隨機(jī)序列，用所述二值化隨機(jī)序列加密所述直流差值。
5.如權(quán)利要求I所述的視頻數(shù)據(jù)的加密方法，其特征在于，用所述部分參數(shù)加密多個(gè)特定交流系數(shù)的方法是，用所述部分參數(shù)生成二值化隨機(jī)序列，用所述二值化隨機(jī)序列加密所述多個(gè)特定交流系數(shù)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種視頻數(shù)據(jù)的加密方法，包括如下步驟生成多個(gè)參數(shù)；用所述多個(gè)參數(shù)中的部分參數(shù)加密多個(gè)直流差值和多個(gè)特定交流系數(shù)，得到多個(gè)加密直流差值和加密特定交流系數(shù)；用所述多個(gè)參數(shù)中的一個(gè)生成排列位置；根據(jù)所述排列位置將所述組合向量中的所述特定交流系數(shù)重新排列后回置于所述小數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)；將所述部分參數(shù)連接成參數(shù)向量；根據(jù)一公開(kāi)密鑰加密所述參數(shù)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(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其隱藏在不包括存放所述加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。該方法的加密速度快且抗攻擊能力強(qiáng)。
文檔編號(hào)H04N21/234GK102625153SQ201210077080
公開(kāi)日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者李宗霖 申請(qǐng)人:李宗霖