CN102340688B - 一种图像序列的加密、解密方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在对图像序列内的内容进行加密的方法，包括如下步骤：在图像序列中，将组成各帧图像的像素内容依照位序和/或时序排列，形成像素位序；将对图像序列进行编码后得到的各像素位序数字集成串联形成“像素值序列块”和/或将在图像序列内帧数为任意长度的图像具有相同像素位序的像素值串联形成像素值序列块。将像素值序列块所在图像序列的自然位序的像素位序整体映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列。

Description

一种图像序列的加密、解密方法

技术领域

本发明涉及一种加密技术，特别涉及一种图像序列的加密、解密方法。

背景技术

随着互联网技术的迅速发展，当今社会已经进入了一个全新的网络信息时代。通过网络，数字视频信息得到了广泛的传播，与此同时，网络安全由于涉及个人隐私、商业利益乃至国家机密等问题日益备受关注。对传输的数字图像视频进行可靠的加密处理，已成为当前信息加密领域中重要的研究方向之一。传统的密码学着眼于文本资料的加密处理，为数字图像视频的加密技术提供了最直接的理论依据，但是它的对象是二进制数据流，忽略了图像视频的数字生产和视觉效果，同时，由于数字图像视频数据量大，要求加密具有实时性，而且要实现无损解密，不对视频图像原有的信息产生破坏，传统的加密方法难以实现。

并且传统的加密算法如DES(Data Encryption Standard)和AES(Advanced Encryption standard)一般有密钥以非常复杂的方式控制替换过程，对于数据量极为庞大的视频数据而言，难以用软件实现足够的加密及解密算法；对于普通的视频应用，如视频监控，传统的加密算法并不实用。另外，传统加密方法并不考虑视频的格式而是将其作为普通的二进制数据，这不仅没有利用视频数据的特殊格式和特性，并且使加密后的文件失去了原有的格式和标记等信息。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术缺陷，提供一种加密算法空间占有量小，克服传统的数字加密算法流程复杂，计算量大，代价高，格式丢失的缺点，同时又避免简单的图像序列数据随机置乱算法安全性不够，并且解决了降低编码压缩率的图像序列的加/解密方法。

为解决上述技术问题，根据本发明提供的具体实施例，本发明公布了如下技术方案：

一种图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

(1)在图像序列中，将组成各帧图像的像素内容依照位序和/或时序排列，形成像素位序；

(2)将在图像序列内帧数为任意长度的图像具有相同像素位序的像素值串联形成像素值序列块；

(3)将像素值序列块所在图像序列的自然位序的像素位序整体映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列。

进一步的，上述方法可以将任意长度像素值序列块在图像序列的自然位序的像素位序映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列。

进一步的，在图像序列中将每帧图像中的所有像素所处位置顺序通过坐标进行定位和表达。

进一步的，上述像素值序列块长度至少为1。

进一步的，上述像素值序列块至少包括连续相同像素位序上的两个像素值。

进一步的，上述方法还包括：

加密规则生成单元，用于根据接收到的加密密钥和预先设置的加密算法生成加密规则，并将加密规则输出给信号加密单元。

进一步的，上述方法还包括：

信号加密单元，用于重新排列各“像素值序列块”，将重新排列后的数字图像进行存储处理；

进一步的，上述方法还包括解密规则生成单元和信号解密单元：

解密规则生成单元，用于根据接收到的解密密钥和预先设置的解密算法，生成作为加密规则反运算的解密规则，并将解密规则输出给信号解密单元。

信号解密单元，用于根据解密规则生成单元提供解密规则，将所述图像序列解码单元输出的数字图像信号按照与所述信号加密单元相反的方式分成若干个“像素值序列块”并重新排列各“像素值序列块”，将重排列后的数字图像输出即完成解密。

进一步的，上述方法进一步包括：

对像素值序列块进行压缩处理：

在像素值序列块中，将组成各帧图像的各像素依照其在该帧图像中已知位置和顺序排列，形成像素位序；

将像素值序列块中位于前位帧图像第一像素位置的像素值设置为“前位像素值”，将位于该像素值序列块中与前位帧图像相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值设置为“后位像素值”，将所述“前位像素值”与“后位像素值”进行比较；

将前位帧图像的所有像素位置的像素值逐一设置为该像素位序的“前位像素值”，将处于该像素值序列块与前位帧图像相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值逐一设置为该像素位序的“后位像素值”，在该前、后两帧图像中，对处于所有相同像素位序的每对“前位像素值”与“后位像素值”分别进行比较；

定义一个统计机制，用于统计前位帧图像和后位帧图像两帧间不相同像素值的数量；

当所述统计值大于或等于设定阈值，则对前位帧图像的所有像素依照其原始位序信息进行完整的存储处理，并对此处理方法发生的时间和帧序进行相应的记录和存储处理；

当所述统计值小于设定阈值，则对像素值序列块中前位帧图像和后位帧图像的处于相同像素位序的每对“前位像素值”与“后位像素值”进行比较，并设置一个记录程序，用于记录“前位像素值”在该像素位序连续重复出现的次数；

进行如下处理：

步骤S1：经比较，如果“前位像素值”与“后位像素值”两者之差的绝对值等于零或小于设定阈值，进行如下处理：

对该“前位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“前位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行更新，并进行记录和/或存储处理；

在像素值序列块中，当还有需要处理的续帧图像时，将此“前位像素值”仍作为“前位像素值”继续与相邻的续帧图像的相同像素位序的像素值即新“后位像素值”，进行循环比较；

步骤S2：经比较，如果“前位像素值”与“后位像素值”两者之差的绝对值大于设定阈值，进行如下处理：

对该“前位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“前位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行记录和/或存储处理；

对该“后位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“后位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行更新，并进行记录和/或存储处理；

在像素值序列块中，当还有需要处理的续帧图像时，将此“后位像素值”作为新的“前位像素值”与相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值即新“后位像素值”，进行循环比较。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供的图像序列加密、解密方法针对“像素值序列块”数据进行加密，不仅数据处理量小，而且使得加密后的图像序列数据保留了原有的格式和标记信息；并且本发明加密算法空间占有量小，克服了传统的数字加密算法流程复杂，计算量大，代价高，格式丢失的缺点，同时又避免简单的图像序列数据随机置乱算法安全性不够，并且解决了低编码压缩率的问题。

附图说明

图1为本发明原理流程示意图；

图2为图像序列编码的示意图；

图3为本发明实施例1形成“像素值序列块”的示意图；

图4为本发明实施例1信号加密单元示意图；

图5为本发明实施例1像素值序列块压缩示意图；

图6为本发明实施例2形成“像素值序列块”的示意图；

图7为本发明实施例2信号加密单元示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明并不限于以下实施例。

如图1所示的一种图像序列的加密、解密方法，包括如下步骤：

(1)在图像序列中，将组成各帧图像的像素内容依照位序和/或时序排列，形成像素位序；

(2)将在图像序列内帧数为任意长度的图像具有相同像素位序的像素值串联形成像素值序列块；

(3)将像素值序列块所在图像序列的自然位序的像素位序整体映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列。

如图2所示，一种图像序列的加密、解密方法，在图像序列中，将组成各帧图像的各像素依照其在该帧图像中已知的位置和顺序排列，形成像素位序；

具体为：在图像中各像素的位置和顺序排列信息为：第一像素位置、第二像素位置、第三像素位置至第n像素位置，在图像序列中将每帧图像中的有效像素所处位置顺序通过坐标进行定位和表达，根据帧内图像像素位序信息为该图像序列中的位序信息，对目标结果示例的说明：设向量Z为示范图像序列的时间向量，同时为表达该图像序列的帧序向量，以每帧图像设有六个像素位置为例。

在Z-1帧：

以示范图像序列中图像像素位置为X＝0，Y＝0，Z＝1(定为像素位序WX1)；X＝0，Y＝1，Z＝1(定为像素位序WX2)；X＝0，Y＝2，Z＝1(定为像素位序WX3)；X＝1，Y＝2，Z＝1(定为像素位序WX4)；X＝1，Y＝1，Z＝1(定为像素位序WX5)；X＝1，Y＝0，Z＝1(定为像素位序WX6)。

在Z-2帧：

以示范图像序列中图像像素位置为X＝0，Y＝0，Z＝2(定为像素位序WX1)；X＝0，Y＝1，Z＝2(定为像素位序WX2)；X＝0，Y＝2，Z＝2(定为像素位序WX3)；X＝1，Y＝2，Z＝2(定为像素位序WX4)；X＝1，Y＝1，Z＝2(定为像素位序WX5)；X＝1，Y＝0，Z＝2(定为像素位序WX6).

在Z-N帧：

以示范图像序列中图像像素位置为X＝0，Y＝0，Z＝N(定为像素位序WX1)；X＝0，Y＝1，Z＝N(定为像素位序WX2)；X＝0，Y＝2，Z＝N(定为像素位序WX3)；X＝1，Y＝2，Z＝N(定为像素位序WX4)；X＝1，Y＝1，Z＝N(定为像素位序WX5)；X＝1，Y＝0，Z＝N(定为像素位序WX6)。

实施例1

如图3所示，一种图像序列的加密、解密方法，将在图像序列内帧数为任意长度的图像具有相同像素位序的像素值串联形成像素值序列块。

具体为：在图像序列中，将第一像素位置、第二像素位置、第三像素位置、至第n像素位置在每帧图像中的有效像素所处位置顺序通过坐标进行定位和表达，根据帧内图像像素位序信息为该图像序列中存在的已知的位序信息而成的位序信息，对目标结果示例的说明，设向量Z为示范图像序列的时间向量，同时为表达该图像序列的帧序向量，以每帧图像设有六个像素位置为例，像素位序为WX1、WX2、WX3、WX4、WX5、WX6。

在图像序列中，将像素位序为WX1的连续数帧图像中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”，所述的“像素值序列块”包括1帧至N帧；

在图像序列中，将像素位序为WX2的连续数帧图像中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”；所述的“像素值序列块”包括1帧至N帧；

在图像序列中，将像素位序为WX3的连续数帧图像中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”；所述的“像素值序列块”包括1帧至N帧；

在图像序列中，将像素位序为WX4的连续数帧图像中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”，所述的“像素值序列块”包括1帧至N帧。

如图4所示，以1帧至N帧中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”为信号加密单元；

所述信号加密单元，用于根据加密规则生成单元提供的加密规则，将在图像序列中连续数帧图像中相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”，并重新排列各“像素值序列块”，将重新排列后的数字图像信号进行存储处理。

具体为各“像素值序列块”的像素位序WX1、WX2、WX3、WX4、WX5、WX6形成加密后，像素位序为WX4、WX5、WX2、WX6、WX3、WX1。

如图5所示，以像素位序为WX1的像素值序列块压缩为例，设在第1帧、第2帧和第3帧中前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，第4帧、第5帧、第6帧和第7帧中前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值大于或等于设定阈值，在第7帧、第8帧、第9帧一直到第n帧中前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值。

根据本发明技术方案对上述像素值序列块进行压缩存储处理为：

第1帧与第2帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第1帧进行压缩存储处理，处理为第1帧的像素值重复记录1次；

第2帧与第3帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第2帧进行压缩存储处理，由于第1帧与第2帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，将第1帧和第2帧处理为第1帧的像素值重复记录2次；

第3帧与第4帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值大于或等于设定阈值，由于第3帧与第2帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，依然对第3帧进行所有像素依照其已知位序信息和/或通过人为干预方法而设定和编码而成的位序信息进行存储处理，并将第3帧图像中像素位序中的像素值与其前相邻一帧第2帧比较作连续重复次数存储记录，对第3帧进行压缩存储处理，处理为第2帧的像素值重复记录1次；由于第2帧与第1帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第1帧、第2帧和第3帧进行压缩存储处理为第1帧的像素值重复记录3次；

第4帧与第5帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值大于或等于设定阈值，即对第4帧进行压缩存储处理，处理为将第4帧所有像素依照其已知位序信息和/或通过人为干预方法而设定和/或编码而成的位序信息进行完整的存储处理，并对此处理方法发生的时间和/或该图像序列中的帧序进行相应的记录和/或存储处理；

第5帧与第6帧相比较前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值大于或等于设定阈值，即对第5帧进行压缩存储处理，处理为将第5帧所有像素依照其已知位序信息和/或通过人为干预方法而设定和/或编码而成的位序信息进行完整的存储处理，并对此处理方法发生的时间和/或该图像序列中的帧序进行相应的记录和/或存储处理；

第7帧与第8帧前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第7帧进行压缩存储处理，处理为第7帧的像素值重复记录1次；

第8帧与第9帧前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第7帧和第8帧进行压缩存储处理，处理为第7帧的像素值重复记录2次；

第n-1帧与第n帧前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第7帧、第8第至第n-1帧进行压缩存储处理，处理为第7帧的像素值重复记录n-7次；

第n帧与第n-1帧前后两帧中所包含的各像素位置的相应“后位像素值”与“前位像素值”不相等数量之和的统计值小于设定阈值，即对第7帧至第n帧进行压缩存储处理，处理为第7帧的像素值重复记录n-6次。

实施例2

如6所示的，一种图像序列的加/解密方法，将在图像序列中连续数帧图像中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”。

具体为：在图像序列中，将第一像素位置、第二像素位置、第三像素位置、至第n像素位置在每帧图像中的有效像素所处位置顺序通过坐标进行定位和表达，根据帧内图像像素位序信息为该图像序列中存在的已知的位序信息而成的位序信息，对目标结果示例的说明，设向量Z为示范图像序列的时间向量，同时为表达该图像序列的帧序向量，以每帧图像设有六个像素位置为例，像素位序为WX1、WX2、WX3、WX4、WX5、WX6。

在图像序列中，将像素位序为WX1的连续数帧图像中具有相同像素位序(1帧至M帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；将像素位序为WX1的连续数帧图像中具相同像素位序(M帧至N帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；

在图像序列中，将像素位序为WX2的连续数帧图像中具有相同像素位序(1帧至M帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；将像素位序为WX2的连续数帧图像中具有相同像素位序(M帧至N帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；

在图像序列中，将像素位序为WX3的连续数帧图像中具有相同像素位序(1帧至M帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；将像素位序为WX3的连续数帧图像中具有相同像素位序(M帧至N帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；

在图像序列中，将像素位序为WX6的连续数帧图像中具有相同像素位序(1帧至M帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；将像素位序为WX6的连续数帧图像中具有相同像素位序(M帧至N帧)的像素值串联形成“像素值序列块”；

如图7所示，以1帧至M帧中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”为信号加密单元；以M帧至N帧中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”为信号加密单元；

所述信号加密单元，用于根据加密规则生成单元提供的加密规则，将在图像序列中连续数帧图像中相同像素位序的像素值串联形成

“像素值序列块”，并重新排列各“像素值序列块”，将重新排列后的数字图像信号存储处理形成信号加密单元；

具体为在1帧至M帧中，各“像素值序列块”的像素位序WX1、WX2、WX3、WX4、WX5、WX6形成加密后，像素位序为WX1、WX3、WX5、WX6、WX2、WX4；在M帧至N帧中，各“像素值序列块”的像素位序WX1、WX2、WX3、WX4、WX5、WX6形成加密后，像素位序为WX4、WX5、WX2、WX6、WX3、WX1。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.一种图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：

步骤(1)：在图像序列中，将组成各帧图像的像素内容依照位序和/或时序排列，形成像素位序，其中，图像序列的总帧数为N帧；

步骤(2)：将在图像序列内1帧至M帧中的图像具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”作为一个信号加密单位；以M帧至N帧中的图像具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”作为一个信号加密单位；

步骤(3)：将像素值序列块所在图像序列的自然位序的像素位序整体映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列，即将任意长度像素值序列块在图像序列的自然位序的像素位序映射到加密编码后的图像序列的像素位序，形成加密后的图像序列；

由加密规则生成单元根据接收到的加密密钥和预先设置的加密算法生成加密规则，并将加密规则输出给信号加密单元，由信号加密单元重新排列各“像素值序列块”，将重新排列后的数字图像进行存储处理。

2.根据权利要求1所述的图像序列的加密、解密方法，其特征在于，在图像序列中将每帧图像中的所有像素所处位置顺序通过坐标进行定位和表达。

3.根据权利要求1所述的图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述像素值序列块的长度至少为1。

4.根据权利要求1所述的图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述像素值序列块至少包括连续相同像素位序上的两个像素值。

5.根据权利要求1所述的图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述方法还包括：

由解密规则生成单元根据接收到的解密密钥和预先设置的解密算法，生成作为加密规则反运算的解密规则，并将解密规则输出给信号解密单元；

由信号解密单元根据解密规则生成单元提供解密规则，将图像序列解码单元输出的数字图像信号按照与加密过程相同的方式分成1帧至M帧中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”和M帧至N帧中具有相同像素位序的像素值串联形成“像素值序列块”并重新排列各“像素值序列块”，将重排列后的 数字图像输出即完成解密。

6.根据权利要求1所述的图像序列的加密、解密方法，其特征在于，所述方法中步骤(3)加密之后进一步包括：

对像素值序列块进行压缩处理：

在像素值序列块中，将组成各帧图像的各像素依照其在该帧图像中已知位置和顺序排列，形成像素位序；

将像素值序列块中位于前位帧图像第一像素位置的像素值设置为“前位像素值”，将位于该像素值序列块中与前位帧图像相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值设置为“后位像素值”，将所述“前位像素值”与“后位像素值”进行比较；

将前位帧图像的所有像素位置的像素值逐一设置为该像素位序的“前位像素值”，将处于该像素值序列块与前位帧图像相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值逐一设置为

该像素位序的“后位像素值”，在该前位帧图像、后位帧图像两帧图像中，对处于所有相同像素位序的每对“前位像素值”与“后位像素值”分别进行比较；

定义一个统计机制，用于统计前位帧图像和后位帧图像两帧间不相同像素值的数量；

当所述统计值大于或等于设定阈值，则对前位帧图像的所有像素依照其原始位序信息进行完整的存储处理，并对此处理方法发生的时间和帧序进行相应的记录和存储处理；

当所述统计值小于设定阈值，则对像素值序列块中前位帧图像和后位帧图像的处于相同像素位序的每对“前位像素值”与“后位像素值”进行比较，并设置一个记录程序，用于记录“前位像素值”在该像素位序连续重复出现的次数；

进行如下处理：

步骤S1：经比较，如果“前位像素值”与“后位像素值”两者之差的绝对值等于零或小于设定阈值，进行如下处理：

对该“前位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“前位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行更新，并进行记录和/或存储处理；

在像素值序列块中，当还有需要处理的续帧图像时，将此“前位像素值”仍作 为“前位像素值”继续与相邻的续帧图像的相同像素位序的像素值即新“后位像素值”，进行循环比较；

步骤S2：经比较，如果“前位像素值”与“后位像素值”两者之差的绝对值大于设定阈值，进行如下处理：

对该“前位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“前位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行记录和/或存储处理；

对该“后位像素值”予以记录和/或存储处理；

记录程序对该“后位像素值”在像素值序列块中的该像素位序已经连续重复的次数信息进行更新，并进行记录和/或存储处理；

在像素值序列块中，当还有需要处理的续帧图像时，将此“后位像素值”作为新的“前位像素值”与相邻的后位帧图像的相同像素位序的像素值即新“后位像素值”，进行循环比较。