TWI686061B - 用於實現影像加解密之無線光通訊方法 - Google Patents

Abstract

一種用於實現影像加解密之無線光通訊方法，包含以下步驟：一加密單元產生一隨機性索引值並據以從N!個配對組合中選取出一用以指示一發射端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端及其對應配合的輸出端之加密配對組合；當該發射端邏輯輸入輸出單元經由該輸入端接收N個影像位元資料中之一對應的影像位元資料時，其根據該加密配對組合，將對應的該影像位元資料輸出至該輸入端所配合的輸出端；每一調變器根據所輸入的影像位元資料及所輸入的載波組進行調變以產生一光調變訊號；透過該光多工單元進行多工處理以產生一光多工輸出訊號繼而輸出至一接收端無線光通訊裝置。

Description

用於實現影像加解密之無線光通訊方法

本發明是有關於一種無線光通訊方法，特別是指一種用於實現影像加解密之無線光通訊方法。

隨著無線網路的快速發展，資料量的負荷日益增大，人們開始追求更靈活、高速的無線網路服務，但也成為竊聽者攻擊的主要目標。由於無線光通信具有廣大的頻寬，可以乘載更多的訊息，所以成為近年無線網路通訊的重要技術之一，也因此無線光通訊的安全性得到了更多學者的關注。以影像傳輸為例，由於所需傳輸的資料量過於龐大，因此電信服務商或設備廠商在考量傳輸效率的條件下時，在應用層上執行加密程序時僅會針對部分資料進行加密，而削減了無線光通訊於傳輸時之安全性。

有鑑於此，如何提供一種可解決前述問題之方案乃本領域亟需解決之技術問題。

因此，本發明的目的，即在提供一種用於實現影像加解密之無線光通訊方法，以解決在應用層上影像僅能進行部份加密而削減了無線光通訊於傳輸影像時之安全性的困境。

於是，本發明用於實現影像加解密之無線光通訊方法，藉由一發射端無線光通訊裝置及一接收端無線光通訊裝置在一預定無線光通訊架構來實施；該發射端無線光通訊裝置包括一影像壓縮單元、一光源生成單元、一具有N個濾波器並電連接該光源生成單元之光濾波單元、一加密單元、一具有一微處理器、N個輸入端及N個輸出端，並與該影像壓縮單元及該加密單元電連接之發射端邏輯輸入輸出單元、一具有N個調變器並與發射端邏輯輸入輸出單元電連接之調變單元，以及一與該調變單元電連接之光多工單元。

該影像壓縮單元可將該等N個來源影像資料進行壓縮編碼以對應產生N個影像位元資料，該光源生成單元可提供M個波長不等的光源載波。

該等N個濾波器可經由該等M個光源載波之輸入以產生N個載波組；其中，每一載波組具有至少一光源載波，該等N個調變器分別與該等N個濾波器及該發射端邏輯輸入輸出單元之該等N個輸出端電連接，其中M≥N且N≥3；

該方法包含一個步驟(A)、一個步驟(B) 一個步驟(C)、一個步驟(D)，及一個步驟(E)。

在該步驟(A)中，該加密單元根據該發射端邏輯輸入輸出單元之該等N個輸入端及該等N個輸出端得到用以指示該等N個輸入端及該等N個輸出端之對射關係的N!個配對組合。

在該步驟(B)中，該加密單元產生一隨機性索引值，並根據該隨機性索引值從該等N!個配對組合中選取出一加密配對組合，並將該隨機性索引值傳送至該解密單元及該發射端邏輯輸入輸出單元，其中，該加密配對組合用以指示該發射端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端及其對應配合的輸出端。

在該步驟(C)中，對於該發射端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端，當該微處理器經由該輸入端接收來自於該影像壓縮單元的該等N個影像位元資料中之一對應的影像位元資料時，該微處理器根據該加密配對組合，將對應的該影像位元資料輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元之輸出端。

在該步驟(D)中，對於每一調變器，該調變器根據所連接該發射端邏輯輸入輸出單元之輸出端輸出的影像位元資料及所連接之濾波器所產生的載波組來進行調變，以產生並輸出一光調變訊號至該光多工單元。

在該步驟(E)中，該光多工單元根據該預定無線光通訊架構將該等N個光調變訊號進行多工處理以產生一光多工輸出訊號並輸出至該接收端無線光通訊裝置。

本發明的功效在於：本發明運用實體層上多個光源載波的擾亂光跳波(wavelength-hopping)或光頻跳碼(coded wavelength hopping)加密效能，解決在應用層上影像僅能進行部份加密而削減了無線光通訊於傳輸影像時之安全性的困境。

在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。

參閱圖1，為本發明用於實現影像加解密之無線光通訊方法的一第一實施例，該用於實現影像加解密之無線光通訊方法係藉由一發射端無線光通訊裝置1及一接收端無線光通訊裝置2在一預定無線光通訊架構來實施；在本第一實施例中，該預定無線光通訊架構係為波長分波多工技術(Wavelength Division Multiplexing, WDM)。

該發射端無線光通訊裝置1包括一影像壓縮單元11、一光源生成單元12、一電連接該光源生成單元12之光濾波單元15、一加密單元16、一與該影像壓縮單元11及該加密單元16電連接之發射端邏輯輸入輸出單元13、一與該發射端邏輯輸入輸出單元13電連接之調變單元14、一與該調變單元14電連接之光多工單元17，以及一與該光多工單元17電連接之發射端準直器18。該發射端邏輯輸入輸出單元13具有一微處理器131、N個輸入端及N個輸出端(圖未示)，該調變單元14具有N個調變器(圖未示)，該光濾波單元15具有N個濾波器(圖未示)；其中，該等N個調變器分別與該等N個濾波器及該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸出端電連接，且N≥2。

該接收端無線光通訊裝置2具有一接收端準直器23、一解密單元21、一與該接收端準直器23電連接之光解多工單元22、一與該光解多工單元22電連接之解調變單元25、一分別與該解密單元21及該解調變單元25電連接之接收端邏輯輸入輸出單元24，以及一與接收端邏輯輸入輸出單元24電連接的影像還原單元26；該接收端邏輯輸入輸出單元24具有一微處理器241、N個輸入端及N個輸出端(圖未示)，該解調變單元25具有N個解調變器(圖未示)，每一解調變器與該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端電連接。在本第一實施例中，該發射端邏輯輸入輸出單元13及該接收端邏輯輸入輸出單元24為可程式化之N×N電子交換機，可受控而改變其內部相應開關接點密合(cross-on)或斷開(bar-off)之狀態，以變化該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個該等N個輸入端及該等N個輸出端之輸入輸出配合關係，以及該接收端邏輯輸入輸出單元24之該等N個該等N個輸入端及該等N個輸出端之輸入輸出配合關係。此外，該影像壓縮單元11、該影像還原單元26、該加密單元16及該解密單元21可由嵌入式系統元件、數位電路等具備運算能力之電子元件實現之。

該影像壓縮單元11接收來自外部所傳送N個來源影像資料User#1~User#N，並將該等N個來源影像資料User#1~User#N進行壓縮編碼(例如，H.264或H.265之壓縮編碼技術)以對應產生N個影像位元資料U₁ ~U_N 進而依序將N個影像位元資料傳送至對應的該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端；在本第一實施例中，每一影像位元資料U₁ /U_2… /U_N 例如可代表一幀(frame)影像，但不在此限，亦可代表多幀影像。該等N個來源影像資料User#1~User#N係為未經處理過的原始影像格式。

該光源生成單元12產生N個波長不等的光源載波λ₁ ~λ_N 後，將其分別傳送至該光濾波單元15之該等N個濾波器；接著，該等N個濾波器根據所接收的該等N個光源載波λ₁ ~λ_N 來產生N個載波組；在本第一實施例中，每一載波組具有一特定波長的光源載波λ₁ /λ₂ …λ_N-1 /λ_N ，亦即該等N個濾波器所輸出的該等N個光源載波λ₁ ~λ_N 之波長彼此相異，其中，N=2ⁿ ，n≥2；每一濾波器可由空間光調制器(spatial light modulator, SLM)或布拉格光纖光柵(fiber Bragg grating, FBG)等光學元件實現。

首先，該加密單元16根據該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端及該等N個輸出端得到用以指示該等N個輸入端及該等N個輸出端之對射(bijective)關係的N!個配對組合；其中，該加密配對組合用以指示該發射端邏輯輸入輸出單元13之每一輸入端及其對應配合的輸出端，即每一個輸入端都正好配合一個輸出端之對射關係。接著，該加密單元16產生一隨機性索引值，並根據該隨機性索引值從該等N!個配對組合中選取出一加密配對組合，並將該隨機性索引值傳送至該解密單元21及該發射端邏輯輸入輸出單元13。

值得一提的是，每一配對組合對應一個矩陣型樣，每一矩陣型樣為N×N且其每一行元素(matrix element)及每一列元素中只有一個元素為‘1’ 其餘元素為‘0’之矩陣，且每一矩陣中的N列對應該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端，每一矩陣中的N行對應該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸出端；此外，該等N!配對組合為該矩陣型樣所有可能性之集合

，i,j=1,2,3…,N；假設以N=3，共3!個配對組合為例，該等所有可能性之集合之矩陣型樣分別為：

、

、

、

、

及

，共六種態樣；當該加密配對組合為

之矩陣型樣時，其中，該矩陣型樣裡面的矩陣元素TR₁₂ =1，可表示任何一筆訊號資料從該發射端邏輯輸入輸出單元13之第1個輸入端輸入，只會由其對應配合第2個輸出端輸出；TR₂₃ =1，可表示任何一筆訊號資料從該發射端邏輯輸入輸出單元13之第2個輸入端輸入，只會由其對應配合第3個輸出端輸出；TR₃₁ =1，可表示任何一筆訊號資料從該發射端邏輯輸入輸出單元13之第3個輸入端輸入，只會由其對應配合第1個輸出端輸出。又值得一提的是，若該影像壓縮單元11在不同時間點t_k ，k=1,2,3…,30(在此假設30個，但不以此為限)依序將不同的N個影像位元資料傳送至對應的該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端，本發明用於實現影像加解密之無線光通訊方法的該微處理器131每次在輸出每一影像位元資料U₁ /U_2… /U_N (亦即，代表每一幀或多幀影像)至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元之輸出端時所採用的加密配對組合皆會重新根據新的隨機性索引值而重新自該等N!個配對組合(即，每次在不同時間點t_k 之

)中選取出，以避免當該加密配對組合被破解後，往後傳輸的影像位元資料皆可被成功解密。此外，針對每一矩陣型樣，其產生方式如下：首先，該加密單元16係透過一虛擬亂數產生器(Pseudo-random number generator, PRNG)產生一具有N個隨機實數r₁ (t_k ),r₂ (t_k ),...r_N (t_k )且彼此數值互異且具隨機性之元素的亂數序列R_real ={r₁ (t_k ),r₂ (t_k ),...r_N (t_k )}，k=1,2,3... ,30，並將該亂數序列對應至該隨機性索引值，在本第一實施例中，該虛擬亂數產生器用以在固定間隔時間(亦即，不同的時間點t_k )產生不重複的亂數序列；接著，該加密單元16藉由一映射函式O_TR 將該亂數序列進行數值轉換，以將該等N個隨機實數依照其數值大小分別將其對應至數值為1至N的正整數序碼，舉例來說，假設N=4且該亂數序列為：{0.6, 0.8, 0.9, 0.3}，則經由該映射函式O_TR 進行數值轉換後對應至O_TR (t_k )= {2, 3, 4, 1}，其中，該亂數序列中最小值0.3所對應的正整數序碼為1且最大值0.9所對應的正整數序碼為4；並將O_TR (t_k )= {2, 3, 4, 1}作為時間點t_k 的隨機性索引值，其內含4個元素所組成的一個數列，其中每個元素代表彼此為互異正整數具隨機性之序碼值(order value)；繼而，該加密單元16將該映射函式對應置換至一置換矩陣(permutation matrix)，即：

。接上例，則對應於置換π = O_TR (t_k )= {2, 3, 4, 1}的置換矩陣Pπ表示為：

換言之，藉由O_TR (t_k )={ 2, 3, 4, 1}的置換處理即可對應得到該集合矩陣

中的其中一個矩陣型樣。

由於該映射函式數列中的每個元素具隨機性，因此，每一矩陣型樣同樣具隨機性。

接著，對於該發射端邏輯輸入輸出單元13之每一輸入端，當該微處理器131經由該輸入端接收來自於該影像壓縮單元11的該等N個影像位元資料U₁ ~U_N 中之一對應的影像位元資料，即U₁ ~U_N 其中一者時，該微處理器131根據該加密配對組合，將對應的該影像位元資料U₁ ~U_N 輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端。

對於每一調變器，該調變器根據所連接該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端輸出的影像位元資料U₁ /U₂ …U_N-1 /U_N 及所連接之濾波器所產生的載波組λ₁ /λ₂ …λ_N-1 /λ_N 來進行調變，以產生並輸出一光調變訊號U_X1 (λ₁ )/U_X2 (λ₂ )…U_XN-1 (λ_N-1 )/U_XN (λ_N )而並行傳送至該光多工單元17。在本第一實施例中，每一調變器係係透過振幅鍵控(on-off keying)技術來進行調變；其中，由於該等影像位元資料U₁ ~U_N 可根據該發射端邏輯輸入輸出單元13變換其輸入及輸出關係，以使得在每一次調變中，該等影像位元資料U₁ ~U_N 不皆搭配相同的載波組λ₁ ~λ_N ，進而形成跳波(wavelength hopping)機制。舉例來說，本次以

之矩陣型樣作為該加密配對組合來將對應的該影像位元資料U₁ ~U_N 輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端後，U₁ 、U₂ 、U₃ 、U₄ 的輸出順序將變為U₄ 、U₁ 、U₂ 、U₃ ，接著，連接對應產生λ₁ 載波組之濾波器的調變器調變U₄ 以產生光調變訊號U_X1 (λ₁ ) ，連接對應產生λ₂ 載波組之濾波器的調變器調變U₁ 以產生光調變訊號U_X2 (λ₂ ) ，連接對應產生λ₃ 載波組之濾波器的調變器調變U₂ 以產生光調變訊號U_X3 (λ₃ ) ，連接對應產生λ₄ 載波組之濾波器的調變器調變U₃ 以產生光調變訊號U_X4 (λ₄ )，下次若以

之矩陣型樣作為該加密配對組合來將對應的該影像位元資料U₁ ~U_N 輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端，則U₁ 、U₂ 、U₃ 、U₄ 的輸出順序將變為U₁ 、U₄ 、U₂ 、U₃ ，接著，連接對應產生λ₁ 載波組之濾波器的調變器調變U₁ 以產生光調變訊號U_X1 (λ₁ ) ，連接對應產生λ₂ 載波組之濾波器的調變器調變U₄ 以產生光調變訊號U_X2 (λ₂ ) ，連接對應產生λ₃ 載波組之濾波器的調變器調變U₂ 以產生光調變訊號U_X3 (λ₃ ) ，連接對應產生λ₄ 載波組之濾波器的調變器調變U₃ 以產生光調變訊號U_X4 (λ₄ )，如此一來，本次的影像位元資料U₁ ~U_N 與下次的影像位元資料U₁ ~U_N 不皆搭配相同的載波組λ₁ ~λ_N ，故形成跳波機制。

該光多工單元17根據該波長分波多工技術將該等N個光調變訊號U_X1 (λ₁ )~Ux_N (λ_N )進行光分波多工處理以產生一光多工輸出訊號(即，多工匯聚後的該等N個光調變訊號(U_X1 (λ₁ )~U_XN (λ_N ))，並經由該發射端準直器18(collimator)進行聚焦後平行入射於一無線光通道並輸出至該接收端無線光通訊裝置2之該接收端準直器23。在本第一實施例中，可採用陣列波導光纖光柵或布拉格光纖光柵等光學元件將該等N個光調變訊號U_X1 (λ₁ )~U_XN (λ_N )進行光分波多工，但不在此限。

當該接收端無線光通訊裝置2之該接收端準直器23接收到該光多工輸出訊號後，將該光多工輸出訊號傳送至該光解多工單元22；同步地，該解密單元21根據該加密單元16所傳送的該隨機性索引值自該等N!個配對組合中選取出對應該加密配對組合之一解密配對組合並傳送至該接收端邏輯輸入輸出單元24；其中，該解密配對組合用以指示該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端及其對應配合的輸出端。在本第一實施例中，由於該加密配對組合為對應上述該矩陣型樣集合

共N!個可能性中的其中一個矩陣型樣，且為了將經由跳波的該等影像位元資料U₁ ~U_N 進行解密，該解密配對組合所對應的矩陣型樣與該加密配對組合所對應的矩陣型樣之互為轉置關係；舉例來說，假設在N=4時間點t_k ，該加密配對組合所對應的矩陣型樣為

，則該解密配對組合所對應的矩陣型樣為

(即，

之轉置矩陣)，此兩者矩陣之乘積後構成一個單位矩陣。

該光解多工單元22根據該波長分波多工技術將該光多工輸出訊號進行解多工處理，以產生該等N組光解多工訊號U_X1 (λ₁ )~U_XN (λ_N )並對應輸入至該等N個解調變器。在本第一實施例中，該光解多工單元22係可藉由1×N集中式的陣列波導光纖光柵(AWG)，或N個分列的布拉格光纖光柵(FBG)進行分波解多工處理，但不以此為限。此時，因跳波的擾亂(scrambling)作用，無法確實得知該等影像位元資料U₁ ~U_N 中所一一對應配合調變的該等載波組λ₁ ~λ_N 中的何者。

該等N個解調變器分別將該等N組光解多工訊號U_X1 (λ₁ )~U_XN (λ_N )進行解調變，以產生N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN ，進而將該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN 分別輸入至該接收端邏輯輸入輸出單元24所對應的該等輸入端。在本第一實施例中，每一解調變器可藉由光檢測器(photodetector) 進行解調變，但不以此為限；此時，仍然無法確實得知該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN ，是否依序對應該等影像位元資料U₁ ~U_N 。

對於該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端，當該微處理器241經由該輸入端接收來自於該等N個解調變器的該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN 中之一對應的光解調變訊號時，該微處理器241根據該解密配對組合，將對應的該光解調變訊號輸出至該輸入端所配合的該接收端邏輯輸入輸出單元24之輸出端，以獲得一對應的影像位元資料U₁ ~U_N 。

該影像還原單元26將該等影像位元資料U₁ ~U_N 進行還原，以產生該等來源影像資料User#1~User#N，而得以正確地還原解讀出該等來源影像資料User#1~User#N其原始影像格式的信號。值得一提的是，由於解密配對組合所對應的

與該加密配對組合所對應的

兩者乘積可形成單位矩陣，故可解密還原經由跳波後的該等來源影像資料User#1~User#N。

參閱圖2，為本發明用於實現影像加解密之無線光通訊方法的一第二實施例，該用於實現影像加解密之無線光通訊方法係藉由一發射端無線光通訊裝置1及一接收端無線光通訊裝置2在一預定無線光通訊架構來實施；在本第二實施例中，該預定無線光通訊架構係為光分碼多重存取技術(Optical Code Division Multiple Access, OCDMA)。值得一提的是，本第二實施例中的該發射端無線光通訊裝置1及該接收端無線光通訊裝置2運作方式類似於該第一實施例中的該發射端無線光通訊裝置1及該接收端無線光通訊裝置2，因此，以下部分相似內容不再贅述。

該發射端無線光通訊裝置1與包括一影像壓縮單元11、一光源生成單元12、一電連接該光源生成單元12之光濾波單元15、一加密單元16、一與該影像壓縮單元11及該加密單元16電連接之發射端邏輯輸入輸出單元13、一與該發射端邏輯輸入輸出單元13電連接之調變單元14、一與該調變單元14電連接之光多工單元17，以及一與該光多工單元17電連接之發射端準直器18。該發射端邏輯輸入輸出單元13具有一微處理器131、N個輸入端及N個輸出端(圖未示)，該調變單元14具有N個調變器(圖未示)，該光濾波單元15具有N個濾波器(圖未示)；其中，該等N個調變器分別與該等N個濾波器及該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸出端電連接，且N≥3。

該接收端無線光通訊裝置2具有一接收端準直器23、一解密單元21、一與該接收端準直器23電連接之光解多工單元22、一與該光解多工單元22電連接之解調變單元25、一分別與該解密單元21及該解調變單元25電連接之接收端邏輯輸入輸出單元24，以及一與接收端邏輯輸入輸出單元24電連接的影像還原單元26；該接收端邏輯輸入輸出單元24具有一微處理器241、N個輸入端及N個輸出端(圖未示)，該解調變單元25具有N個解調變器(圖未示)，每一解調變器與該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端電連接。在本第二實施例中，該發射端邏輯輸入輸出單元13及該接收端邏輯輸入輸出單元24為可程式化之N×N電子交換機，可受控而改變其內部相應開關接點密合或斷開之狀態，以變化該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個該等N個輸入端及該等N個輸出端之輸入輸出配合關係，以及該接收端邏輯輸入輸出單元24之該等N個該等N個輸入端及該等N個輸出端之輸入輸出配合關係。此外，該影像壓縮單元11、該影像還原單元26、該加密單元16及該解密單元21可由嵌入式系統元件、數位電路等具備運算能力之電子元件實現之。

該影像壓縮單元11接收來自外部所傳送N個來源影像資料User#1~User#N，並將該等N個來源影像資料User#1~User#N進行壓縮編碼(例如，H.264或H.265之壓縮編碼技術)以對應產生N個影像位元資料U₁ ~U_N 進而依序將N個影像位元資料傳送至對應的該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端；在本第二實施例中，每一影像位元資料U₁ /U_2… /U_N 皆代表一幀或多幀影像，該等N個來源影像資料User#1~User#N係為未經處理過的原始影像格式。

該光源生成單元12產生M個波長不等的光源載波λ₁ ~λ_M 後，將其分別傳送至該光濾波單元15之該等N個濾波器；接著，該等N個濾波器根據所接收的該等M個光源載波λ₁ ~λ_M 來產生N個載波組，其中M≥4；在本第二實施例中，每一載波組具有M個相異波長的光源載波λ₁ ~λ_M ；每一濾波器可由空間光調制器或布拉格光纖光柵等光學元件實現。

首先，該加密單元16根據該發射端邏輯輸入輸出單元13之該等N個輸入端及該等N個輸出端得到用以指示該等N個輸入端及該等N個輸出端之對射關係的N!個配對組合；其中，該加密配對組合用以指示該發射端邏輯輸入輸出單元13之每一輸入端及其對應配合的輸出端，即每一個輸入端都正好配合一個輸出端之對射關係。接著，該加密單元16產生一隨機性索引值，並根據該隨機性索引值從該等N!個配對組合中選取出一加密配對組合，並將該隨機性索引值傳送至該解密單元21及該發射端邏輯輸入輸出單元13。

其中，每一加密配對組合對應一個矩陣型樣，該等N!配對組合即為該矩陣型樣所有可能性之集合

，，i,j=1,2,…N；矩陣型樣其產生方式之技術內容相同於該第一實施例，不在此贅述。

接著，對於該發射端邏輯輸入輸出單元13之每一輸入端，當該微處理器131經由該輸入端接收來自於該影像壓縮單元11的該等N個影像位元資料U₁ ~U_N 中之一對應的影像位元資料，即U₁ ~U_N 其中一者時，該微處理器131根據該加密配對組合，將對應的該影像位元資料U₁ ~U_N 輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端。

對於每一調變器，該調變器根據所連接該發射端邏輯輸入輸出單元13之輸出端輸出的影像位元資料U₁ /U₂ …U_N-1 /U_N 及所連接之濾波器所產生的載波組λ₁ ~λ_M 來進行調變，以產生並輸出一光調變訊號U_X1 (λ₁ ~λ_M )/U_X2 (λ₁ ~λ_M )/ U_X3 (λ₁ ~λ_M )…U_XN-1 (λ₁ ~λ_M )/U_XN (λ₁ ~λ_M )而並行傳送至該光多工單元17。在本第二實施例中，每一調變器係係透過一振幅鍵控技術來進行調變；值得一提的是，該等影像位元資料U₁ ~U_N 可根據該發射端邏輯輸入輸出單元13變換其輸入及輸出關係。

該光多工單元17根據該光分碼多重存取技術將該等N個光調變訊號U_X1 (λ₁ ~λ_M )~U_XN (λ₁ ~λ_M )進行正交編碼來完成多工處理，並產生一光多工輸出訊號U_X1 (C₁ )~U_XN (C_N )(其中，C₁ ~C_N 為該等相異波長的光源載波λ₁ ~λ_M 經由編碼後的正交光頻域碼)，並經由該發射端準直器18的進行聚焦後平行入射於一無線光通道並輸出至該接收端無線光通訊裝置2之該接收端準直器23。在本第二實施例中，該光多工單元17可藉由N×N集中式的陣列波導光纖光柵並利用最大長度序列(Maximum length sequence, MLS)將該等N個光調變訊號U_X1 (λ₁ ~λ_M )~U_XN (λ₁ ~λ_M )進行正交編碼、或藉由N個分列的布拉格光纖光柵依據哈達碼(Hadamard code)將該等N個光調變訊號U_X1 (λ₁ ~λ_M )~U_XN (λ₁ ~λ_M )進行正交編碼後再經由光耦合器(coupler)(圖未示)產生該光多工輸出訊號U_X1 (C₁ )~U_XN (C_N )，由於該等影像位元資料U₁ ~U_N 可根據該發射端邏輯輸入輸出單元13變換其輸入及輸出關係，因此在每一次經由調變、編碼及完成多工處理後的該等影像位元資料U₁ ~U_N 不皆搭配相同的光頻域碼繼而形成光頻跳碼(coded wavelength hopping)機制；值得一提的是，當採用最大長度序列進行正交編碼時，M=N=2ⁿ -1，n≥2；當採用哈達碼進行正交編碼時，M=N+1=2ⁿ ，n≥2。

當該接收端無線光通訊裝置2之該接收端準直器23接收到該光多工輸出訊號U_X1 (C₁ )~U_XN (C_N )後，經由光分歧器(splitter)(圖未示)將該光多工輸出訊號U_X1 (C₁ )~U_XN (C_N )傳送至該光解多工單元22；同步地，該解密單元21根據該加密單元16所傳送的該隨機性索引值自該等N!個配對組合中選取出對應該加密配對組合之一解密配對組合並傳送至該接收端邏輯輸入輸出單元24；其中，該解密配對組合用以指示該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端及其對應配合的輸出端。在本第二實施例中，相同於該第一實施例，由於該加密配對組合為對應上述該矩陣型樣集合

共N!個可能性中的其中一個矩陣型樣，且為了將經由光頻跳碼(coded wavelength hopping)後的該等影像位元資料U₁ ~U_N 進行解密，該解密配對組合所對應的矩陣型樣與該加密配對組合所對應的矩陣型樣之互為轉置關係。

該光解多工單元22根據該分碼多重存取技術將該光多工輸出訊號U_X1 (C₁ )~U_XN (C_N )進行正交解碼來完成解多工處理，並產生該等N組光解多工訊號U_X1 (C₁ ), U_X1 (

)~U_XN (C_N ), U_XN (

)並對應輸入至該等N個解調變器。在本第二實施例中，該光解多工單元22可藉由可採用集中式的2個N

N互補式(original and complementary)陣列波導光纖光柵解碼器編寫正交碼中的最大長度序碼(M-sequence code)、或N對互補式(original and complementary)布拉格光纖光柵編寫的正交碼中哈達碼進行解多工處理，但不以此為限。此時，由於光頻跳碼的擾亂作用，無法確實得知該等影像位元資料U₁ ~U_N 是否正確對應於(C₁ ,

~(C_N ,

中的哪一個承載光頻域碼。

該等N個解調變器分別將該等分列並行的N組光解多工訊號U_X1 (C₁ ), U_X1 (

)~U_XN (C_N ), U_XN (

)進行解調變，以產生N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN ，進而將該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN 分別輸入至該接收端邏輯輸入輸出單元24所對應的該等輸入端。在本第二實施例中，每一解調變器可藉由平衡光檢測器(balanced photodetector) 進行解調變，但不以此為限；此時，仍然無法確實得知該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN ，是否依序對應該等影像位元資料U₁ ~U_N 。

對於該接收端邏輯輸入輸出單元24之每一輸入端，當該微處理器241經由該輸入端接收來自於該等N個解調變器的該等N個光解調變訊號U_X1 ~U_XN 中之一對應的光解調變訊號(即，U_X1 ~U_XN 其中一者)時，該微處理器241根據該解密配對組合，將對應的該光解調變訊號輸出至該輸入端所配合的該接收端邏輯輸入輸出單元24之輸出端，以獲得一對應的影像位元資料U₁ ~U_N 。

該影像還原單元26該等影像位元資料U₁ ~U_N 進行還原，以產生該等來源影像資料User#1~User#N，而以得正確地還原解讀出該等來源影像資料User#1~User#N其原始影像格式的訊號。值得一提的是，由於解密配對組合所對應的

與該加密配對組合所對應的

兩者乘積可形成單位矩陣，故可解密還原經由光頻跳碼(coded wavelength hopping)的該等來源影像資料User#1~User#N。

綜上所述，本發明藉由從該等N!個配對組合中選取出該加密配對組合，針對在傳輸加密處理後該等來源影像資料User#1~User#N，在波長分波多工通訊架構下掌握跳波的型樣(wavelength hopping pattern)或在光分碼多重存取通訊架構下掌握光頻跳碼的型樣(coded wavelength hopping pattern)，進而在後續解密時與該解密配對組合形成自相關(autocorrelation)之正確匹配，以解讀出較高的峰值信噪比(Peak signal-to-noise ratio, PSNR)的該等N個來源影像資料，進而還原該等來源影像資料User#1~User#N；另一方面可因應未來更巨量的影像串流，本發明運用實體層上多個光源載波的擾亂跳波或光頻跳碼加密效能，以解決在應用層上影像僅能進行部份加密而削減了無線光通訊於傳輸影像時之安全性的困境，故確實能達成本發明的目的。

惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。

本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊圖，說明本發明一發射端無線光通訊裝置及一接收端無線光通訊裝置採用波長分波多工技術進行無線光通訊的一第一實施例；及 圖2是一方塊圖，說明本發明該發射端無線光通訊裝置及該接收端無線光通訊裝置採用光分碼多重存取技術進行無線光通訊的一第二實施例。

User#1~User#N‧‧‧來源影像資料

U₁~U_N‧‧‧影像位元資料

λ₁~λ_N‧‧‧光源載波

Ux₁(λ₁)~Ux_N(λ_N)‧‧‧光調變訊號

Ux₁(λ₁)~Ux_N(λ_N)‧‧‧光解多工訊號

Ux₁~Ux_N‧‧‧光解調變訊號

1‧‧‧發射端無線光通訊裝置

11‧‧‧影像壓縮單元

12‧‧‧光源生成單元

13‧‧‧發射端邏輯輸入輸出單元

131‧‧‧微處理器

14‧‧‧調變單元

15‧‧‧光濾波單元

16‧‧‧加密單元

17‧‧‧光多工單元

18‧‧‧發射端準直器

2‧‧‧接收端無線光通訊裝置

21‧‧‧解密單元

22‧‧‧光解多工單元

23‧‧‧接收端準直器

24‧‧‧接收端邏輯輸入輸出單元

241‧‧‧微處理器

25‧‧‧解調變單元

26‧‧‧影像還原單元

Claims (9)

1. 一種用於實現影像加解密之無線光通訊方法，藉由一發射端無線光通訊裝置及一接收端無線光通訊裝置在一預定無線光通訊架構來實施，該發射端無線光通訊裝置包括一影像壓縮單元、一光源生成單元、一具有N個濾波器並電連接該光源生成單元之光濾波單元、一加密單元、一具有一微處理器、N個輸入端及N個輸出端，並與該影像壓縮單元及該加密單元電連接之發射端邏輯輸入輸出單元、一具有N個調變器並與發射端邏輯輸入輸出單元電連接之調變單元，以及一與該調變單元電連接之光多工單元，其中，該影像壓縮單元可將N個來源影像資料進行壓縮編碼以對應產生N個影像位元資料，該光源生成單元可提供M個波長不等的光源載波，該等N個濾波器可經由該等M個光源載波之輸入以產生N個載波組，其中每一載波組具有至少一光源載波，該等N個調變器分別與該等N個濾波器及該發射端邏輯輸入輸出單元之該等N個輸出端電連接，其中M≥N且N≥3，該方法包含以下步驟： (A)該加密單元根據該發射端邏輯輸入輸出單元之該等N個輸入端及該等N個輸出端得到用以指示該等N個輸入端及該等N個輸出端之對射關係的N!個配對組合； (B)該加密單元產生一隨機性索引值，並根據該隨機性索引值從該等N!個配對組合中選取出一加密配對組合，並將該隨機性索引值傳送至該解密單元及該發射端邏輯輸入輸出單元，其中，該加密配對組合用以指示該發射端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端及其對應配合的輸出端； (C)對於該發射端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端，當該微處理器經由該輸入端接收來自於該影像壓縮單元的該等N個影像位元資料中之一對應的影像位元資料時，該微處理器根據該加密配對組合，將對應的該影像位元資料輸出至該輸入端所配合的該發射端邏輯輸入輸出單元之輸出端； (D)對於每一調變器，該調變器根據所連接該發射端邏輯輸入輸出單元之輸出端輸出的影像位元資料及所連接之濾波器所產生的載波組來進行調變，以產生並輸出一光調變訊號至該光多工單元；及 (E)該光多工單元根據該預定無線光通訊架構將該等N個光調變訊號進行多工處理以產生一光多工輸出訊號並輸出至該接收端無線光通訊裝置。
2. 如請求項1所述之無線光通訊方法，其中，該接收端無線光通訊裝置具有一解密單元、一光解多工單元、一具有N個解調變器之解調變單元、一與該解密單元電連接之接收端邏輯輸入輸出單元及一與接收端邏輯輸入輸出單元電連接的影像還原單元，該接收端邏輯輸入輸出單元具有一微處理器、N個輸入端及N個輸出端，每一解調變器與該接收端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端電連接，該無線光通訊方法還包含以下步驟： (F)該解密單元根據該加密單元所傳送的該隨機性索引值自該等N!個配對組合中選取出對應該加密配對組合之一解密配對組合並傳送至該接收端邏輯輸入輸出單元，其中，該解密配對組合用以指示該接收端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端及其對應配合的輸出端； (G)該光解多工單元根據該預定無線光通訊架構將該光多工輸出訊號進行解多工處理，以產生該等N組光解多工訊號並對應輸入至該等N個解調變器； (H)該等N個解調變器分別將該等N組光解多工訊號進行解調變，以產生N個光解調變訊號，進而將該等N個光解調變訊號分別輸入至該接收端邏輯輸入輸出單元所對應的該等輸入端； (I)對於該接收端邏輯輸入輸出單元之每一輸入端，當該微處理器經由該輸入端接收來自於該等N個解調變器的該等N個光解調變訊號中之一對應的光解調變訊號時，該微處理器根據該解密配對組合，將對應的該光解調變訊號輸出至該輸入端所配合的該接收端邏輯輸入輸出單元之輸出端，以獲得一對應的影像位元資料；及 (J)該影像還原單元該等影像位元資料進行還原，以產生該等來源影像資料。
3. 如請求項2所述之無線光通訊方法，其中，該預定無線光通訊架構係為波長分波多工技術。
4. 如請求項3所述之無線光通訊方法，其中，M=N，且每一載波組具有一個光源載波，且該等載波組之光源載波的波長彼此相異。
5. 如請求項3所述之無線光通訊方法，其中，在該步驟(D)中，每一調變器係利用一振幅鍵控技術來進行調變。
6. 如請求項2所述之無線光通訊方法，其中，該預定無線光通訊架構係為光分碼多重存取技術。
7. 如請求項6所述之無線光通訊方法，其中，每一載波組具有多個光源載波，且該等載波組中所有的光源載波之波長彼此相異。
8. 如請求項7所述之無線光通訊方法，其中，在該步驟(E)中，該光多工單元係將該等光調變訊號進行正交編碼來完成多工處理，在該步驟(G)中，該光解多工單元係將該等光多工輸出訊號進行正交解碼來完成解多工處理。
9. 如請求項6所述之無線光通訊方法，其中，在該步驟(D)中，每一調變器係利用一振幅鍵控技術來進行調變。

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