CN115297363B - 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法 - Google Patents

基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115297363B
CN115297363B CN202211228603.8A CN202211228603A CN115297363B CN 115297363 B CN115297363 B CN 115297363B CN 202211228603 A CN202211228603 A CN 202211228603A CN 115297363 B CN115297363 B CN 115297363B
Authority
CN
China
Prior art keywords
pixel
superpixel
super
value
category
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211228603.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115297363A (zh
Inventor
张兢兢
张楠
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nantong Commercial Wing Information Technology Co ltd
Original Assignee
Nantong Commercial Wing Information Technology Co ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nantong Commercial Wing Information Technology Co ltd filed Critical Nantong Commercial Wing Information Technology Co ltd
Priority to CN202211228603.8A priority Critical patent/CN115297363B/zh
Publication of CN115297363A publication Critical patent/CN115297363A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115297363B publication Critical patent/CN115297363B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/43—Processing of content or additional data, e.g. demultiplexing additional data from a digital video stream; Elementary client operations, e.g. monitoring of home network or synchronising decoder's clock; Client middleware
    • H04N21/44—Processing of video elementary streams, e.g. splicing a video clip retrieved from local storage with an incoming video stream or rendering scenes according to encoded video stream scene graphs
    • H04N21/4402—Processing of video elementary streams, e.g. splicing a video clip retrieved from local storage with an incoming video stream or rendering scenes according to encoded video stream scene graphs involving reformatting operations of video signals for household redistribution, storage or real-time display
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/06—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols the encryption apparatus using shift registers or memories for block-wise or stream coding, e.g. DES systems or RC4; Hash functions; Pseudorandom sequence generators
    • H04L9/0618—Block ciphers, i.e. encrypting groups of characters of a plain text message using fixed encryption transformation
    • H04L9/0631—Substitution permutation network [SPN], i.e. cipher composed of a number of stages or rounds each involving linear and nonlinear transformations, e.g. AES algorithms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/43—Processing of content or additional data, e.g. demultiplexing additional data from a digital video stream; Elementary client operations, e.g. monitoring of home network or synchronising decoder's clock; Client middleware
    • H04N21/44—Processing of video elementary streams, e.g. splicing a video clip retrieved from local storage with an incoming video stream or rendering scenes according to encoded video stream scene graphs
    • H04N21/4408—Processing of video elementary streams, e.g. splicing a video clip retrieved from local storage with an incoming video stream or rendering scenes according to encoded video stream scene graphs involving video stream encryption, e.g. re-encrypting a decrypted video stream for redistribution in a home network
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
    • H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
    • H04N21/40—Client devices specifically adapted for the reception of or interaction with content, e.g. set-top-box [STB]; Operations thereof
    • H04N21/45—Management operations performed by the client for facilitating the reception of or the interaction with the content or administrating data related to the end-user or to the client device itself, e.g. learning user preferences for recommending movies, resolving scheduling conflicts
    • H04N21/462—Content or additional data management, e.g. creating a master electronic program guide from data received from the Internet and a Head-end, controlling the complexity of a video stream by scaling the resolution or bit-rate based on the client capabilities
    • H04N21/4627—Rights management associated to the content
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L2209/00—Additional information or applications relating to cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communication H04L9/00
    • H04L2209/34—Encoding or coding, e.g. Huffman coding or error correction

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Computer Security & Cryptography (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)

Abstract

本发明涉及数据安全技术领域，具体涉及一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，该方法对视频中的每帧图像进行超像素分割，基于分割结果获取每个超像素所属的超像素范围类别和差值类别，进而根据超像素范围类别和差值类别的出现概率，分别构建超像素范围类别的第一范式霍夫曼树和差值类别的第二范式霍夫曼树，以分别得到对应的霍夫曼编码表，根据霍夫曼编码表对每帧图像进行编码加密，同时利用范式霍夫曼树的信源符号顺序序列进行多级权限的密钥获取，以实现对视频的多级加密传输，且保证了加密安全性。

Description

基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法
技术领域
本发明涉及数据安全技术领域，具体涉及一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法。
背景技术
视频加密通常是对视频整体内容的加密，只有解密了才有整体视频的观看权限，或者每帧进行整体加密，只有解密了才有该帧的观看权限。目前，通常利用霍夫曼编码对图像进行加密压缩存储，但是很多场景下，需要对视频中不同内容进行不同加密等级或者权限的设置，即实现视频中不同程度的加密，不同等级的秘钥代表不同等级的权限，可以观看视频中不同区域的内容，若秘钥等级不够，则仅能看到相应区域的图像，其他区域被纯色像素填充或遮盖，因此对视频内容进行不同权限的加密是目前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，所采用的技术方案具体如下：
对视频进行分解得到多帧图像，基于距离度量准则分别对所述图像进行超像素分割，得到每帧所述图像的超像素分割图；
获取每个所述超像素分割图中每个超像素的初始超像素值，根据所述初始超像素值获取对应超像素的超像素范围类别和类别超像素值；计算每个超像素的所述初始超像素值和对应的所述类别超像素值之间的像素值差值，根据所述像素值差值获取对应超像素的差值类别；根据所有超像素的所述超像素范围类别的数量计算每个所述超像素范围类别的第一出现概率，基于所述第一出现概率构建所述超像素范围类别对应的第一范式霍夫曼树；根据所有超像素的所述差值类别的数量计算每个所述差值类别的第二出现概率，由所述第二出现概率构建所述差值类别对应的第二范式霍夫曼树；
基于所述第一范式霍夫曼树和所述第二范式霍夫曼树，根据单个超像素的所述类别超像素值和所述像素值差值得到每帧所述图像中每个超像素的总编码；获取所述第一范式霍夫曼树的第一信源符号顺序序列和所述第二范式霍夫曼树的第二信源符号顺序序列，将所述第一信源符号顺序序列和所述第二信源符号顺序序列组成所述视频的密钥序列，基于权限级别的数量将所述密钥序列分为多个子序列，利用AES加密算法分别对所述子序列进行加密得到对应的等级密钥；
根据所述等级密钥和每帧所述图像中每个超像素的所述总编码对所述视频进行多级加密传输。
进一步地，所述超像素分割图的获取方法，包括：
根据距离度量准则利用SLIC超像素分割算法对所述图像进行分割，得到所述图像的初始超像素分割结果；
基于所述初始超像素分割结果，由组成初始超像素的像素点总数量和像素值计算每个初始超像素的复杂度，当所述复杂度大于或等于复杂度阈值时，对初始超像素进行再次超像素分割，直至所述复杂度小于所述复杂度阈值或超像素尺寸小于或等于设定尺寸，得到所述超像素分割图；
其中，所述复杂度的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE002
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE003
个初始超像素的所述复杂度；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE004
为像素值
Figure DEST_PATH_IMAGE005
的概率，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE006
为像素值
Figure 52746DEST_PATH_IMAGE005
的像素数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE007
为组成第个初始超像素的像素点总数量；
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE008
为组成第
Figure 758796DEST_PATH_IMAGE003
个初始超像素的所有像素点的像素值的众数。
进一步地，所述初始超像素值的获取方法，包括：
根据组成超像素的所有像素点的像素值，获取每个超像素的像素值众数，当单个超像素的所述像素值众数只有一个时，将所述像素值众数作为对应超像素的所述初始超像素值；当单个超像素的所述像素值众数有多个时，将多个所述像素值众数的中位数作为对应超像素的所述初始超像素值。
进一步地，所述超像素范围类别是指将所述初始超像素值的像素值范围平均划分为多个子像素值范围，令一个所述子像素值范围对应一个所述超像素范围类别。
进一步地，所述类别超像素值为所述初始超像素值。
进一步地，所述每个超像素的总编码的获取方法，包括：
分别根据所述第一范式霍夫曼树和所述第二范式霍夫曼树构建对应的范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表；
根据每个超像素的所述超像素范围类别和所述差值类别，相对应从范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表分别获取对应超像素的范围类别编码和差值类别编码；
将单个超像素的范围类别编码和差值类别编码按照范围类别编码在前、差值类别编码在后的组合方式组成为一个所述总编码。
进一步地，所述密钥序列的获取方法，包括：
按照所述第一信源符号顺序序列在前、所述第二信源符号顺序序列在后的组合方式组成所述密钥序列。
进一步地，所述基于权限级别的数量将所述密钥序列分为多个子序列的方法，包括：
根据设定的权限级别数量，将所述密钥序列划分为与权限级别相等数量的子序列，其中第i+1级权限对应子序列中的元素包含第i级权限对应子序列中的所有元素，最高级权限对应的子序列应与所述密钥序列相等。
本发明实施例至少具有如下有益效果：对视频中的每帧图像进行超像素分割，基于分割结果获取每个超像素所属的超像素范围类别和差值类别，进而根据超像素范围类别和差值类别的出现概率，获取超像素范围类别的第一范式霍夫曼树所对应的和差值类别的第二范式霍夫曼树，基于第一范式霍夫曼树和第二范式霍夫曼树对每帧图像进行编码加密，同时利用第一范式霍夫曼树和第二范式霍夫曼树的信源符号顺序序列进行多级权限的密钥获取，以实现对视频的多级加密传输，使得不同权限级别能够查看不同的相对应的视频内容，提高了加密安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案和优点，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1为本发明一个实施例提供的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例所提供的一种传统霍夫曼树的示意图；
图3为本发明实施例所提供的一种范式霍夫曼树的示意图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
步骤S001，对视频进行分解得到多帧图像，基于距离度量准则分别对图像进行超像素分割，得到每帧图像的超像素分割图。
具体的，将视频进行分解得到每一帧图像，对于视频的每一帧图像，本发明实施例根据距离度量准则通过SLIC超像素分割算法对每帧图像进行超像素分割，具体过程为：
（1）对于大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE009
的图像，设定每个超像素的大小为
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE010
，则将
Figure DEST_PATH_IMAGE011
个超像素的种子点均匀地分配在图像上，其中，
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE012
为向上取整，用于调整种子点；根据距离度量准则计算种子点的邻域
Figure DEST_PATH_IMAGE013
的范围内所有像素点与种子点的距离，根据距离将每个像素点分配给对应的种子点，将特征相似的像素点生成超像素；将每个超像素内所有像素点的坐标重心作为该超像素的新种子点位置；重复迭代上述分配和获取新种子点的步骤10次，获得图像的初始超像素分割结果。
（2）基于图像的初始超像素分割结果，根据每个初始超像素的复杂度进行再次分割，得到对应的超像素分割图。
具体的，由组成初始超像素的像素点总数量和像素值计算每个初始超像素的复杂度，复杂度计算公式为：
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE014
，其中，
Figure 925466DEST_PATH_IMAGE004
为像素值
Figure 254817DEST_PATH_IMAGE005
的概率，
Figure 751919DEST_PATH_IMAGE006
为像素值
Figure 951956DEST_PATH_IMAGE005
的像素数量，
Figure 7637DEST_PATH_IMAGE007
为组成第
Figure 558704DEST_PATH_IMAGE003
个初始超像素的像素总数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE015
为组成第
Figure 644517DEST_PATH_IMAGE003
个初始超像素的所有像素点的像素值的众数。
初始超像素中的像素值类型越多，初始超像素的复杂度越大，众数对应像素值的周围像素值的概率越高，初始超像素的复杂度越小。
对于复杂度
Figure RE-DEST_PATH_IMAGE016
复杂度阈值
Figure DEST_PATH_IMAGE017
的初始超像素，按照步骤（1）继续进行该初始超像素分割，其中分割后的初始超像素的尺寸大小为
Figure DEST_PATH_IMAGE018
，重复上述步骤，每进行一次超像素分割，超像素的大小变为原来的
Figure DEST_PATH_IMAGE019
，直至超像素的复杂度
Figure DEST_PATH_IMAGE020
复杂度阈值
Figure 246530DEST_PATH_IMAGE017
或该超像素的尺寸不大于
Figure DEST_PATH_IMAGE021
，则停止分割，进而得到一张超像素分割图。
（3）利用步骤（1）和步骤（2）的方法，获取视频中每帧图像的超像素分割图。
步骤S002，获取每个超像素分割图中每个超像素的初始超像素值，根据初始超像素值获取对应超像素的超像素范围类别和类别超像素值；计算每个超像素的初始超像素值和对应的类别超像素值之间的像素值差值，根据像素值差值获取对应超像素的差值类别；根据所有超像素的超像素范围类别的数量计算每个超像素范围类别的第一出现概率，基于第一出现概率构建超像素范围类别对应的第一范式霍夫曼树；根据所有超像素的差值类别的数量计算每个差值类别的第二出现概率，由第二出现概率构建差值类别对应的第二范式霍夫曼树。
具体的，结合范式霍夫曼树的固定结构，导致根据范式霍夫曼编码表进行编码的图像，其信源符号的顺序序列为解码视频的关键，对于视频中的图像，其对应的信源符号为像素值，像素值的范围为0-255，即信源符号的种类有256种，但信源符号的顺序序列较长，而常规进行全新分等级时，所划分的等级大多在10个左右，同时过多类型的信源符号会导致霍夫曼树较大，进而影响后续解码的效率，因此本发明实施例通过将超像素的初始超像素值划分为16个超像素范围类别，对于每个超像素范围类别进一步划分为16个细节类别，具体步骤为：
（1）对于当前超像素分割图，像素点的像素值范围为0-255，将组成每个超像素的多个像素点的像素值的众数作为对应超像素的初始超像素值，当存在多个众数时，则将多个众数的中位数作为对应超像素的初始超像素值，则超像素的初始超像素值的范围为0-255，因此，根据初始超像素值的像素值范围将超像素划分为16个超像素范围类别。
具体的，将初始超像素值的像素值范围平均划分为多个子像素值范围，令一个子像素值范围对应一个超像素范围类别，当初始超像素值在子像素值范围[0，15]内时，对应超像素在第1超像素范围类别，当初始超像素值在子像素值范围[16，31]内时，对应超像素在第2超像素范围类别，然后以此类推得到当初始超像素值在子像素值范围[240，255]内时，对应超像素在第16超像素范围类别。
（2）获取组成当前超像素的多个像素点的像素值的众数，得到当前超像素的初始超像素值；将当前超像素的初始超像素值除以16取商，然后商值加1的结果即为当前超像素对应的超像素范围类别，同时当前超像素的初始超像素值作为当前超像素对应超像素范围类别的类别超像素值，进而得到当前超像素分割图中每个超像素的超像素范围类别和对应的类别超像素值。
作为一个示例，对于初始超像素值在32-47的超像素，其初始超像素值除以16取商加1后均为3，因此初始超像素值在32-47的超像素均属于第3超像素范围类别，相对应第3超像素范围类别的类别超像素值为32，即类别超像素值为16（i-1），其中i为超像素范围类别的类别数。
（3）对于属于同一个超像素范围类别的超像素，其类别超像素值相同，因此同一个超像素范围类别的超像素值不能体现出各自的差异性，而且该类别超像素值不能表现超像素的真实值，因此本发明实施例将每个超像素范围类别中的超像素细分为16个细节类别，进而得到当前超像素分割图中每个超像素对应的细节类别。
具体的，由于每个超像素范围类别对应的像素值范围的像素值极差为16，故可将超像素分为16个差值类别；计算当前超像素分割图中每个超像素的初始超像素值与对应类别超像素值的像素值差值，该像素值差值作为对应超像素的细节超像素值，则将该像素值差值作为对应超像素的细节类别，同时，细节类别也可称为差值类别。
作为一个示例，对于初始超像素值为36的超像素，其属于第3超像素范围类别，对应的类别超像素值为32，则初始超像素值与类别超像素值的像素值差值为4，也即该超像素的细节超像素值为4，因此，初始超像素值为36的超像素属于第4差值类别。
（4）利用步骤（1）至步骤（3）的方法，能够得到每张超像素分割图中每个超像素的超像素范围类别和对应的类别超像素值、差值类别和对应的像素值差值。
进一步地，首先统计所有超像素分割图中每个超像素的超像素范围类别，得到超像素范围类别总数量，将超像素范围类别总数量与每个超像素范围类别的第一数量之间的比值作为对应超像素范围类别的第一出现概率，则一个超像素范围类别对应一个第一出现概率；同理，统计所有超像素分割图中每个超像素的差值类别，得到差值类别总数量，将差值类别总数量与每个差值类别的第二数量之间的比值作为对应差值类别的第二出现概率，则一个差值类别对应一个第二出现概率。然后根据每个超像素范围类别的第一出现概率构建对应的第一范式霍夫曼树，具体为：以超像素范围类别为信源符号，根节点为概率值1，进而根据16个超像素范围类别的第一出现概率得到一个17层节点的第一范式霍夫曼树，以同理根据每个差值类别的第二出现概率构建对应的第二范式霍夫曼树，具体为：以差值类别为信源符号，根节点为概率值1，进而根据16个差值类别的第二出现概率得到一个17层节点的第二范式霍夫曼树。
需要说明的是，参照附图2和附图3，图2为传统霍夫曼树示意图，且该图中的K、B、A、F为信源符号、每个方框中的小数为概率值，图3为范式霍夫曼树的示意图，且该图中的K、B、A、F为信源符号、每个方框中的小数为概率值，范式霍夫曼树是在传统霍夫曼树的基础之上，进行了一些强制性的约定，即：对于范式霍夫曼树的同一层节点中，将分支的节点都调整到右边，且按照左0右1的方式分配编码。对于传统霍夫曼树，信源符号K、B、A、F对应的编码为：K:0，B：11，A：100，F：101；对于范式霍夫曼树，信源符号K、B、A、F对应的编码为：K:0，B：10，A：110，F：111；对于固定结构的范式霍夫曼树，只需要存储信源符号的顺序，不需要存储信源符号对应的编码，即可获得对应的霍夫曼编码表。
步骤S003，基于第一范式霍夫曼树和第二范式霍夫曼树，根据单个超像素的类别超像素值和像素值差值得到每帧图像中每个超像素的总编码；获取第一范式霍夫曼树的第一信源符号顺序序列和第二范式霍夫曼树的第二信源符号顺序序列，将第一信源符号顺序序列和第二信源符号顺序序列组成视频的密钥序列，基于权限级别的数量将密钥序列分为多个子序列，利用AES加密算法分别对子序列进行加密得到对应的等级密钥。
具体的，分别根据第一范式霍夫曼树和第二范式霍夫曼树构建对应的范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表。根据视频的每帧图像中的每个超像素的超像素范围类别和差值类别，从范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表分别获取每个超像素的范围类别编码和差值类别编码，然后将单个超像素的范围类别编码和差值类别编码按照范围类别编码在前、差值类别编码在后的组合方式组成为一个总编码，则可得到每帧图像中每个超像素的总编码，实现了对每帧图像的加密。
作为一个示例，对于初始超像素值为36的超像素，该超像素属于第3超像素范围类别，对应的类别超像素值为32、细节超像素值为4，属于第4差别类别，因此在范围类别霍夫曼编码表中，第3超像素范围类别对应的编码为0，即该超像素的范围类别编码为0，而在差值类别霍夫曼编码表中，第4差别类别对应的编码为11110，即该超像素的差值类别编码为11110，然后将该超像素的范围类别编码和差值类别编码按照范围类别编码在前、差值类别编码在后的顺序组合成编码011110，则初始超像素值为36的超像素的总编码为011110。
由于本发明实施例采用范式霍夫曼编码对视频进行编码，而范式霍夫曼编码对应的范式霍夫曼编码表只需要存储信源符号的顺序，不需要存储信源符号对应的编码，因此信源符号的顺序序列为解码视频的关键，故本发明实施例根据第一范式霍夫曼树和第二范式霍夫曼树的信源符号的顺序序列组合为一个长度为32位的密钥序列，然后根据对权限级别的要求，将密钥序列分成多个子序列，通过AES加密算法对每个子序列进行加密获得对应的等级秘钥，具体为：分别获取第一范式霍夫曼树对应的第一信源符号顺序序列和第二范式霍夫曼树对应的第二信源符号顺序序列，由于第一信源符号顺序序列和第二信源符号顺序序列的长度都为16，因此将第一信源符号顺序序列和第二信源符号顺序序列按照第一信源符号顺序序列在前、第二信源符号顺序序列在后的组合方式组成一个长度为32的序列，将该序列称为密钥序列；根据设定的权限级别，将密钥序列划分为与权限级别相等数量的子序列，且第i+1级权限对应的子序列中的元素包含第i级权限对应的子序列中的所有元素，则最高级权限对应的子序列应与密钥序列一样；最后利用AES加密算法对每个子序列进行加密处理得到对应的等级秘钥，则一个子序列对应一个等级密钥，一个等级密钥对应一个权限级别。
作为一个示例，假设第一范式霍夫曼树对应的第一信源符号顺序序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE022
，其中，第一信源符号顺序序列中的每个元素是指超像素范围类别，同理，假设第二范式霍夫曼树对应的第二信源符号顺序序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE023
，其中，第二信源符号顺序序列中的每个元素是指差值类别，则第一信源符号顺序序列和第二信源符号顺序序列相对应组成的密钥序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE025
；同时要求的权限级别为8个等级，则将密钥序列划分为8个子序列，其中，第一等级的子序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE027
，第二等级的子序列为
Figure DEST_PATH_IMAGE028
，依次类推得到第八等级的子序列等于密钥序列，且第一等级为最低等级，第八等级为最高等级，最后利用AES加密算法对每个子序列进行加密得到对应等级的等级密钥。
步骤S004，根据等级密钥和每帧图像中每个超像素的总编码对视频进行多级加密传输。
具体的，利用步骤S001至步骤S003的方法，能够对视频中每帧图像进行编码加密处理，且对加密后的视频设置不同权限级别的等级密钥，从而达到视频多级加密传输的目的，使得利用不同权限级别的密钥能够查看不同的相对应视频内容。
进一步地，利用等级密钥和每帧图像中每个超像素的总编码进行不同级别权限的视频解密。根据不同等级的等级密钥对视频进行解密时，首先将总编码拆分为范围类别编码和差值类别编码，根据AES解密算法对等级密钥进行解密，获得对应的子序列；根据范围类别霍夫曼编码表和范围类别编码得到每个超像素的超像素范围类别，根据超像素范围类别获得超像素的类别超像素值；根据差值类别霍夫曼编码表和差值类别编码得到每个超像素的差值类别，同时差值类别对应超像素的像素值差值。
根据解码出来的每个超像素的类别超像素值和像素值差值进行权限等级对应图像的显示：当权限等级较低时，只能解码出包含部分超像素范围类别的子序列，即该子序列中没有差值类别的信息，进而得到超像素的类别超像素值，然后根据解码出的类别超像素值进行显示，而对于未解码处对应类别超像素值的超像素，则按照0来显示；当权限等级较高时，能解码出同时包含超像素范围类别和差值类别的子序列，进而获得超像素的像素值差值和类别超像素值，此时对类别超像素值与像素值差值进行逆运算得到超像素的初始超像素值，该值更接近超像素的真实值，使得解码出来的视频图像更完整。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，该方法对视频中的每帧图像进行超像素分割，基于分割结果获取每个超像素所属的超像素范围类别和差值类别，进而根据超像素范围类别和差值类别的出现概率，分别构建对应的范式霍夫曼树，以得到对应的霍夫曼编码表，根据霍夫曼编码表对每帧图像进行编码加密，同时利用范式霍夫曼树的信源符号顺序序列进行多级权限的密钥获取，以实现对视频的多级加密传输，且保证了加密安全性。
需要说明的是：上述本发明实施例先后顺序仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。且上述对本说明书特定实施例进行了描述。另外，在附图中描绘的过程不一定要求示出的特定顺序或者连续顺序才能实现期望的结果。在某些实施方式中，多任务处理和并行处理也是可以的或者可能是有利的。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，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 (6)

1.一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
通过分解获取视频中的每帧图像，基于距离度量准则分别对所述图像进行超像素分割，得到每帧所述图像的超像素分割图；
获取每个所述超像素分割图中每个超像素的初始超像素值，根据所述初始超像素值获取对应超像素的超像素范围类别和类别超像素值；计算每个超像素的所述初始超像素值和对应的所述类别超像素值之间的像素值差值，根据所述像素值差值获取对应超像素的差值类别；根据所有超像素的所述超像素范围类别的数量计算每个所述超像素范围类别的第一出现概率，基于所述第一出现概率构建所述超像素范围类别对应的第一范式霍夫曼树；根据所有超像素的所述差值类别的数量计算每个所述差值类别的第二出现概率，由所述第二出现概率构建所述差值类别对应的第二范式霍夫曼树；
基于所述第一范式霍夫曼树和所述第二范式霍夫曼树，根据单个超像素的所述类别超像素值和所述像素值差值得到每帧所述图像中每个超像素的总编码；获取所述第一范式霍夫曼树的第一信源符号顺序序列和所述第二范式霍夫曼树的第二信源符号顺序序列，将所述第一信源符号顺序序列和所述第二信源符号顺序序列组成所述视频的密钥序列，基于权限级别的数量将所述密钥序列分为多个子序列，利用AES加密算法分别对所述子序列进行加密得到对应的等级密钥；
根据所述等级密钥和每帧所述图像中每个超像素的所述总编码对所述视频进行多级加密传输；
获取每个所述超像素分割图中每个超像素的初始超像素值，根据所述初始超像素值获取对应超像素的超像素范围类别和类别超像素值的方法，包括：
根据初始超像素值的像素值范围将超像素划分为16个超像素范围类别；
获取组成当前超像素的多个像素点的像素值的众数，得到当前超像素的初始超像素值；将当前超像素的初始超像素值除以16取商，然后商值加1的结果即为当前超像素对应的超像素范围类别，同时当前超像素的初始超像素值作为当前超像素对应超像素范围类别的类别超像素值。
2.如权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，所述超像素分割图的获取方法，包括：
根据距离度量准则利用SLIC超像素分割算法对所述图像进行分割，得到所述图像的初始超像素分割结果；
基于所述初始超像素分割结果，由组成初始超像素的像素点总数量和像素值计算每个初始超像素的复杂度，当所述复杂度大于或等于复杂度阈值时，对初始超像素进行再次超像素分割，直至所述复杂度小于所述复杂度阈值或超像素尺寸小于或等于设定尺寸，得到所述超像素分割图；
其中，所述复杂度的计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE002
其中，
Figure DEST_PATH_IMAGE004
为第
Figure DEST_PATH_IMAGE006
个初始超像素的所述复杂度；
Figure DEST_PATH_IMAGE008
为像素值
Figure DEST_PATH_IMAGE010
的概率，
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为像素值
Figure 420986DEST_PATH_IMAGE010
的像素数量，
Figure DEST_PATH_IMAGE014
为组成第
Figure 931602DEST_PATH_IMAGE006
个初始超像素的像素点总数量；
Figure DEST_PATH_IMAGE016
为组成第
Figure 304815DEST_PATH_IMAGE006
个初始超像素的所有像素点的像素值的众数。
3.如权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，所述初始超像素值的获取方法，包括：
根据组成超像素的所有像素点的像素值，获取每个超像素的像素值众数，当单个超像素的所述像素值众数只有一个时，将所述像素值众数作为对应超像素的所述初始超像素值；当单个超像素的所述像素值众数有多个时，将多个所述像素值众数的中位数作为对应超像素的所述初始超像素值。
4.如权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，所述每个超像素的总编码的获取方法，包括：
分别根据所述第一范式霍夫曼树和所述第二范式霍夫曼树构建对应的范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表；
根据每个超像素的所述超像素范围类别和所述差值类别，相对应从范围类别霍夫曼编码表和差值类别霍夫曼编码表分别获取对应超像素的范围类别编码和差值类别编码；
将单个超像素的范围类别编码和差值类别编码按照范围类别编码在前、差值类别编码在后的组合方式组成为一个所述总编码。
5.如权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，所述密钥序列的获取方法，包括：
按照所述第一信源符号顺序序列在前、所述第二信源符号顺序序列在后的组合方式组成所述密钥序列。
6.如权利要求1所述的一种基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法，其特征在于，所述基于权限级别的数量将所述密钥序列分为多个子序列的方法，包括：
根据设定的权限级别数量，将所述密钥序列划分为与权限级别相等数量的子序列，其中第i+1级权限对应子序列中的元素包含第i级权限对应子序列中的所有元素，最高级权限对应的子序列应与所述密钥序列相等。
CN202211228603.8A 2022-10-09 2022-10-09 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法 Active CN115297363B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211228603.8A CN115297363B (zh) 2022-10-09 2022-10-09 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211228603.8A CN115297363B (zh) 2022-10-09 2022-10-09 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115297363A CN115297363A (zh) 2022-11-04
CN115297363B true CN115297363B (zh) 2022-12-27

Family

ID=83819240

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211228603.8A Active CN115297363B (zh) 2022-10-09 2022-10-09 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115297363B (zh)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116074514B (zh) * 2023-04-06 2023-06-02 深圳市银河通信科技有限公司 一种多媒体数据的安全通信云广播系统
CN116471007B (zh) * 2023-06-20 2023-08-15 北京双鑫汇在线科技有限公司 基于云平台的网络信息加密传输方法
CN116781420B (zh) * 2023-08-17 2023-10-24 北京点聚信息技术有限公司 一种电子文件安全传输加密方法及系统
CN116828209B (zh) * 2023-08-30 2023-10-31 华洋通信科技股份有限公司 一种矿下智能视频监控数据传输方法及系统
CN116828210B (zh) * 2023-08-30 2023-11-14 华洋通信科技股份有限公司 一种用于矿下视频采集智能传输方法及系统
CN116823975B (zh) * 2023-08-31 2023-12-12 华洋通信科技股份有限公司 一种煤矿数据优化存储方法
CN117540441B (zh) * 2024-01-10 2024-03-19 北京国旺盛源智能终端科技有限公司 一种大堂式云终端用交易数据安全存储方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1394409A (zh) * 2000-11-06 2003-01-29 索尼公司 加密设备和方法、解密设备和方法、及存储介质
CN101882993A (zh) * 2009-05-04 2010-11-10 联发科技（新加坡）私人有限公司 密码系统及密码方法
CN102077592A (zh) * 2008-06-30 2011-05-25 汤姆森许可贸易公司 选择性数据加密的方法和装置
WO2021149060A1 (en) * 2020-01-24 2021-07-29 Ariel Scientific Innovations Ltd. Data compression and encryption algorithm

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011199432A (ja) * 2010-03-17 2011-10-06 Seiko Epson Corp 画像処理装置およびプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1394409A (zh) * 2000-11-06 2003-01-29 索尼公司 加密设备和方法、解密设备和方法、及存储介质
CN102077592A (zh) * 2008-06-30 2011-05-25 汤姆森许可贸易公司 选择性数据加密的方法和装置
CN101882993A (zh) * 2009-05-04 2010-11-10 联发科技（新加坡）私人有限公司 密码系统及密码方法
WO2021149060A1 (en) * 2020-01-24 2021-07-29 Ariel Scientific Innovations Ltd. Data compression and encryption algorithm

Also Published As

Publication number Publication date
CN115297363A (zh) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN115297363B (zh) 基于霍夫曼编码的视频数据加密传输方法
WO2023040365A1 (zh) 基于多尺度压缩感知和马尔科夫模型的图像加密方法
Chen et al. Compression-unimpaired batch-image encryption combining vector quantization and index compression
CN112202984B (zh) 一种基于纠错冗余的密文域可逆信息隐藏方法
CN115242475A (zh) 一种大数据安全传输方法及系统
CN111614455A (zh) 基于二维压缩感知和忆阻混沌系统的彩色图像压缩加密方法
CN116723337A (zh) 一种hdmi高清数据优化传输方法及系统
CN115694784A (zh) 一种数据安全存储方法
CN115460382B (zh) 一种安防工程用监控数据安全传输方法
Almayyahi et al. High-security image steganography technique using XNOR operation and fibonacci algorithm
CN108804933B (zh) 一种用于信息隐藏技术中的大数据的进制转换方法
CN108305298B (zh) 一种基于数独矩阵索引的图像可恢复信息隐藏方法
Ren et al. Reversible data hiding scheme in encrypted images based on homomorphic encryption and pixel value ordering
CN116599640B (zh) 一种用于系统集成中数码资源安全存储方法及系统
CN111723386B (zh) 一种基于sha-512的动态dna彩色图像加密方法
CN114969785B (zh) 一种基于可逆神经网络的无载体图像隐写方法
CN115834792B (zh) 基于人工智能的视频数据处理方法及系统
CN105279728B (zh) 基于秘密信息加密预处理的智能移动终端图像隐写方法
CN114697671B (zh) 一种建筑工程质量管理系统
RU2288544C2 (ru) Способ внедрения дополнительной информации в цифровые изображения
Hussein The optimum encryption method for image compressed by AES
Hashemi Design a new image encryption using fuzzy integral permutation with coupled chaotic maps
Lee et al. Hybrid (2, n) visual secret sharing scheme for color images
Yan et al. Secret image sharing based on error-correcting codes
Yadav et al. A fast and efficient data hiding scheme in binary images

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant