CN102625153A

CN102625153A - 一种视频数据的加密方法

Info

Publication number: CN102625153A
Application number: CN2012100770801A
Authority: CN
Inventors: 李宗霖
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2012-08-01

Abstract

本发明公开了一种视频数据的加密方法，包括如下步骤：生成多个参数；用所述多个参数中的部分参数加密多个直流差值和多个特定交流系数，得到多个加密直流差值和加密特定交流系数；用所述多个参数中的一个生成排列位置；根据所述排列位置将所述组合向量中的所述特定交流系数重新排列后回置于所述小数据区域内；将所述部分参数连接成参数向量；根据一公开密钥加密所述参数向量得到位元序列；用所述位元序列将所有位元隐藏在所述帧内编码大数据区域中，尤其隐藏在不包括存放所述加密特定交流系数的其它交流系数位置中。该方法的加密速度快且抗攻击能力强。

Description

一种视频数据的加密方法

技术领域

本发明涉及一种数据加密方法，尤其涉及一种视频数据的加密方法。

背景技术

随着计算机技术的进一步发展，三网融合技术也有长足发展。视频会议、交互式电视、电子贸易等得到更多的应用。数字化是将多种信息转变为数字、数据，然后将这些数字、数据建立相应的数字化模型，进而转变为二进制代码输入计算机进行统一处理。数字化数据相比其它存储设备，例如磁盘等可以保证数据在传输时的完整性，方便了数据拥有者进行数据传播、例如网络传输。

但是，正是由于数据在网络传输时具有足够的完整性，数据剽窃者也可以得到完整的数据，这样，容易导致泄密等事故，对数据拥有者造成很大不便。而视频数据较大，如果采用传统的加解密方法，其加密、传输和解密时间较长，对有即时传输并查看需求的用户带来不便。

另外，随着电子商务成为一种便利、快捷的贸易方式，使用者越来越多，其安全性也越来越重要。如何确保电子商务中各项资料的完整、保密和唯一，是人们一直以来努力解决的问题，数据的加密和解密是解决该问题的一个有效手段，因此人们对数据传输的加密进行了很多研究。

现有技术中加密方法按照密钥种类分为两种，保密密钥和公开密钥。人们对保密密钥的加密方法进行了很多研究，得到了多个较好的加密方法，但是这些方法都会遇到同一个问题是：保密密钥的安全传输问题。而公开密钥的加密方法虽然没有密钥泄密问题，但该方法运算量大，处理速度慢。因此需要一种加密速度快且安全的视频加密方法。

发明内容

本发明公开了一种视频数据的加密方法，该方法的加密速度快且抗攻击能力强。

本发明的视频数据的加密方法针对的视频数据包括多个视频数据帧，每一个视频数据帧包括多个帧内编码大数据区域，每个帧内编码大数据区域包括多个小数据区域，其中该加密方法包括如下步骤：

每个小数据区域包括直流系数和交流系数；由直流系数得到直流差值；针对同一个所述帧内编码大数据区域中的所述多个小数据区域，提取特定交流系数，形成组合向量；

产生多个参数；

用所述多个参数中的部分参数加密多个直流差值和多个特定交流系数，得到多个加密直流差值和加密特定交流系数；

用所述多个参数中的一个生成排列位置；

根据所述排列位置将所述组合向量中的所述特定交流系数重新排列后回置于所述小数据区域内；

将所述部分参数连接成参数向量；

根据一公开密钥加密所述参数向量得到位元序列；

用所述位元序列将所有位元隐藏在所述帧内编码大数据区域中，尤其隐藏在不包括存放所述加密特定交流系数的其它交流系数位置中。

优选地，所述位元序列中所有的位元隐藏在所述视频数据中第一个视频数据帧内的帧内编码大数据区域中。

优选地，所述提取特定交流系数的方法是针对同一个所述帧内编码大数据区域中的所述多个小数据区域，以z折线扫描方式提取特定交流系数。

优选地，用所述部分参数加密直流差值的方法是，用所述部分参数生成二值化随机序列，用所述二值化随机序列加密所述直流差值。

优选地，用所述部分参数加密多个特定交流系数的方法是，用所述部分参数生成二值化随机序列，用所述二值化随机序列加密所述多个特定交流系数。

本发明还公开了一种视频数据的加密装置，其中所述加密装置针对的视频数据包括多个视频数据帧，每一个视频数据帧包括多个帧内编码大数据区域，每个帧内编码大数据区域包括多个小数据区域，其中，所述加密装置包括加密单元、参数生成器、保密密钥加密模块和保密密钥隐藏模块；所述加密单元包括直流系数加密单元和交流系数加密单元；其中，

所述参数生成器用于生成多个参数；

所述直流系数加密单元用于根据所述多个参数之一对同一个帧内编码大数据区域中的直流差值进行加密；

所述交流系数加密单元用于根据所述多个参数之一对特定交流系数进行加密，进而隐藏部分加密特定交流系数；

所述保密密钥加密模块用于将所述多个参数连接成参数向量，并利用一公开密钥加密所述参数向量并得到位元序列；

所述保密密钥隐藏模块用于按照次序将所述位元序列中所有位元隐藏在所述帧内编码大数据区域中，尤其是不包括存放加密特定交流系数的其它交流系数位置中。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更清楚地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式本发明的视频数据的安全加密方法。

视频数据由数据发送端发送至数据接收端之前，需要先将视频数据进行解压缩，然后根据本发明的加密方法进行加密，然后将经过加密的视频数据压缩，形成加密的压缩数据包，再将其传送至数据接收端。

对视频数据的压缩方法包括转换、量化和差值化，也可采用其它压缩方法。

视频数据的每一帧包括多个大数据区域，例如M1、M2、M3和M4，当然每一帧也可以包括更多个大数据区域。每个大数据区域包括多个小数据区域，例如大数据区域M1包括m1、m2、m3和m4，当然每个大数据区域可以包括更多个小数据区域。每个小数据区域由多个像素组成，例如小数据区域m1包括8X8的像素。

视频数据压缩为了达到高压缩效率，一般比较注重去除影像数据帧的时间多余度。而根据影像数据帧种类一般的视频数据帧可以划分为I帧、P帧和B帧。P帧利用最接近的I帧或P帧预测其移动向量，而B帧则同时利用前后接近的影像数据帧作为预测的参考。因此，I帧中包含的数据区域均为帧内编码数据区域，而P帧和B帧所包含的数据区域则包括一部分帧内编码数据区域以及一部分透过移动向量参考其它视频数据帧的帧内编码数据区域。

本发明针对帧内编码大数据区域中的部分数据进行加密。

首先将帧内编码大数据区域进行余弦转换，从而将8×8的像素数转换成8×8个直流系数或交流系数。

经过余弦转换后，对直流系数进行差值脉冲编码调节的差值化步骤。

例如以第一直流系数为基数，取后续直流系数与第一直流系数之间的直流差值。也可以其它直流系数为基数，取其它直流系数与该基数的直流差值。

在差值化同时，可以对交流系数进行量化步骤。

量化是在一个量化表中存入固定系数，表中越靠近左上角的固定系数值越小，越靠近右下角的固定系数值越大。每一个固定系数对应一个交流系数。量化过程是用每个交流系数除以量化表中该交流系数对应的固定系数。由于在余弦转换过程中已经将重要数据集中在z折线扫描排列的前面的交流系数中，因此数据重心集中在直流系数以及低频的交流系数上，高频的交流系数的数值较小，因此z折线扫描排列在前面的交流系数是很重要的特定交流系数。

对视频数据经余弦转换、差值脉冲编码调节和量化后，得到多个直流差值和多个特定的交流系数，本发明的视频数据的加密方法就是针对上述直流差值和特定的交流系数进行加密，再隐藏加密用的保密密钥，再将其压缩后即得到可传输的视频数据加密压缩包。

下面详细描述本发明的加密方法。

实现本发明的加密方法的加密装置包括加密单元、参数生成器、保密密钥加密模块和保密密钥隐藏模块。其中加密单元包括直流系数加密单元和交流系数加密单元。

对直流差值和交流系数进行加密的方法如下。

在视频数据经转换、差值化和量化模块处理后，得到了多个直流差值和特定的交流系数。同时，参数生成器生成了多个参数，例如w_p、w_m、w_s、m、r和a。加密单元、保密密钥加密模块和保密密钥隐藏模块可以利用上述参数对直流差值和特定交流系数进行加密，包括：根据参数产生两个二值化随机序列；和根据两个二值化随即序列将直流差值和特定交流系数加密，成为加密直流系数和加密特定交流系数。

参数w_p用于产生二值化随机序列Pp_n＝{p_i}，其产生的数值为加1或减1。交流系数加密单元将上述特定交流系数AC_i乘以二值化随机序列p_i，得到加密后的交流系数AC_i′＝AC_i*p_i。

同时，参数ws用于产生二值化随机序列Sp_n＝{s_i}，直流系数加密单元利用该二值化随机序列将每个直流差值ΔDCi进行处理：ΔDC_i′＝ΔDC_i+a*(r*s_i-1)。

由于本发明的加密方法仅对直流差值和特定交流系数进行加密，因此比现有技术中视频数据的加密方法得到的数据小，可以提高加解密的速度。

之后，对特定交流系数进行进一步加密，提高其保密性。对每一个大数据区域中的四个小数据区域以特殊排列，例如z折线扫描的排列方式，从每一个8×8的小数据区域中取出交流系数加密单元加密过的m个加密特定交流系数，形成组合向量f_L；然后，利用wm产生的排列方程产生一个新排列位置；然后，重新排列f_L内各个加密特定交流系数的排列顺序，即f_L′＝P(w_m，f_L)，其中P表示重新排序运算。例如，以大数据区域M1为例，从每一个8×8的小数据区域中取出交流系数加密单元22加密过的m＝15个加密特定交流系数，形成组合向量f_L；该组合向量内共有15×4个正负号经过加密的特定交流系数；然后，利用w_m产生的排列方程产生一个新排列位置，例如{58，18，20，35，…}的60个位置；然后，重新排列f_L内各个加密特定交流系数的排列顺序，则原来排列在小数据区域b1第1个位置的加密特定交流系数重新排列在第58位，也就是小数据区域b4的第13个位置上。

之后，对数据再次进行加密。为了提高参数加密处理的效率，保密密钥加密单元先将参数w_p、w_m、w_s、m、r和a连接成一个参数向量，也就是保密密钥。再利用一个公开密钥k_u对该参数向量进行加密，得到位元序列B＝Ek_u([r|m|a|w_p|w_m|w_s])，其中Eku表示公开密钥的加密运算法则，“|”表示连接运算符，B表示加密后的二进制位元序列数值。然后，保密密钥加密单元依次将每一个位元序列B中的位元隐藏到I帧中帧内编码大数据区域中的中频到高频交流系数位置上，也就是z折线扫描中间到后段的部分，但其中不包括前面隐藏加密处理的特定交流系数的位置。隐藏方式以取代中频到高频交流系数的保留重要位元处理，降低嵌入保密密钥所造成的失真，解密后获得较高品质的视频数据。当一个帧内编码数据区域内的特定交流系数位置被用尽，则隐藏到下一个帧内编码数据区域内，从而确保位元序列B嵌入在一个I帧中。上述针对I帧加密进行了说明，对于P帧和B帧的加密原理类似。

数据接收端端接收视频数据后的解密方法为数据发送端进行的加密方法的反向过程，即可以利用公开密钥将保密密钥从接收到的视频加密数据包提取出来，然后利用该保密密钥解密直流差值和特定交流系数后得到原始视频数据。具体步骤本领域技术人员由上述公开的内容即可以得知，此处不再赘述。

本发明的视频数据的加密方法结合保密密钥和公开密钥的特点，采用公开密钥使攻击者不能得知保密密钥的位置，克服了保密密钥传输容易泄漏的缺陷，同时又增强了公开密钥的抗攻击能力，使得视频数据的加密更快更安全。

以上具体实施方式仅用于描述本发明的视频数据的加密方法的技术方案，不用于限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的范围内，可以得到各种变型和组合，因此本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims

1.一种视频数据的加密方法，其中视频数据包括多个视频数据帧，每一个视频数据帧包括多个帧内编码大数据区域，每个帧内编码大数据区域包括多个小数据区域，其特征在于，

所述加密方法包括如下步骤：

产生多个参数；

用所述多个参数中的一个生成排列位置；

将所述部分参数连接成参数向量；

根据一公开密钥加密所述参数向量得到位元序列；

2.如权利要求1所述的视频数据的加密方法，其特征在于，所述位元序列中所有的位元隐藏在所述视频数据中第一个视频数据帧内的帧内编码大数据区域中。

3.如权利要求1所述的视频数据的加密方法，其特征在于，所述提取特定交流系数的方法是针对同一个所述帧内编码大数据区域中的所述多个小数据区域，以z折线扫描方式提取特定交流系数。

4.如权利要求1所述的视频数据的加密方法，其特征在于，用所述部分参数加密直流差值的方法是，用所述部分参数生成二值化随机序列，用所述二值化随机序列加密所述直流差值。

5.如权利要求1所述的视频数据的加密方法，其特征在于，用所述部分参数加密多个特定交流系数的方法是，用所述部分参数生成二值化随机序列，用所述二值化随机序列加密所述多个特定交流系数。