專利名稱：基于幀內(nèi)預測的mpeg-4視頻混沌加密方法
技術領域：
本發(fā)明涉及視頻加密技術領域，特別涉及一種基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法。
背景技術：
現(xiàn)有的視頻加密技術中，最簡單、直接的方案就是通過傳統(tǒng)的密碼學算法，如AES 和DES，加密壓縮編碼后的所有視頻數(shù)據(jù)，然而這種方案無法滿足視頻加密中對句法兼容的要求，不能在不解密的情況下正確解碼加密后的視頻。隨后，人們又提出了若干選擇性加密算法，這類算法根據(jù)視頻編碼標準選擇性的對視頻數(shù)據(jù)中部分重要信息進行加密，但不改變視頻的控制信息，從而能夠滿足格式兼容的需求。在選擇性加密算法中，有很多基于DCT 系數(shù)的加密算法，這類算法選擇DCT系數(shù)中的一部分進行加密，例如加密低頻DCT系數(shù)或者 DCT系數(shù)的符號位。由于視頻數(shù)據(jù)通常是一個壓縮之后的文件，因此加密視頻數(shù)據(jù)需要考慮加密效率、壓縮效率、安全性、格式兼容性等。通常，基于DCT系數(shù)的選擇性加密算法會面臨三個挑戰(zhàn)加密效率、壓縮效率和安全性。Tang提出了 zigzag置亂算法，通過一個隨機生成的排列順序替換壓縮中的AC系數(shù)排列數(shù)序。該方法具有很好的加密效率，但嚴重破壞了視頻壓縮率。而后，研究人員又提出了隨機改變非零DCT系數(shù)符號位的加密方案，僅僅改變視頻流中固定碼長的部分，因此能夠嚴格保證視頻大小不變。測試表明，該算法有1. 81 %的額外時間開銷，且只加密符號位并不能抵抗已知明文攻擊。盡管經(jīng)過高效的視頻壓縮編碼，視頻流仍然包含很大的數(shù)據(jù)量，在加密過程中遍歷所有的DCT系數(shù)也是相當耗時的。改變DCT系數(shù)值會影響視頻編碼的壓縮比，因為變長編碼時根據(jù)系數(shù)值的分布特性進行優(yōu)化設計的，系數(shù)值的改變必然破壞了這種分布規(guī)律。所以對加密數(shù)據(jù)的恰當選擇能夠有效幫助提高加密效率和壓縮效率。很多加密算法都利用幀間預測技術，僅僅加密I幀中的所有宏塊和P幀B幀中的幀內(nèi)編碼宏塊就可以達到視覺上的混亂效果。對于實時應用來說，視頻加密的目的是加密盡可能少的數(shù)據(jù)來減少加解密中的時間開銷。傳統(tǒng)的視頻加密方法，加密數(shù)據(jù)量巨大，運行速度慢，由于加密過程破壞了原始文件的格式，因此加密后的視頻流不可播放。而DCT系數(shù)加密帶來的負面影響主要體現(xiàn)在其對壓縮效果的影響，以及遍歷DCT系數(shù)的時間消耗，此外還有安全性低等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有方法存在的不足，本發(fā)明提出一種基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，達到提高加密效率、減小壓縮比的影響和增強實時性的目的。本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的一種基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，包括以下步驟步驟1 輸入待壓縮視頻文件，設置I幀間隔參數(shù)為a，將待壓縮視頻文件分為I幀和P幀；所述的待壓縮視頻文件其色差格式為YUV，包括視頻文件的亮度信息和色差信息； 所述的YUV是被歐洲電視系統(tǒng)所采用的一種顏色編碼方法，其中Y表示明亮度(Luminance 或Luma)，也就是灰階值，也被稱之為Y平面；而U和V表示的則是色度(Chrominance或 Chroma)，用于描述影像色彩及飽和度，指定像素的顏色，其中，U表示偏向藍色的顏色偏差， 也被稱之為U平面，V表示偏向紅色的顏色偏差，也被稱之為V平面；對待壓縮視頻文件進行壓縮，方法為采用IS0/IET 14496-2標準中的簡單檔次進行壓縮，所述的IS0/IET 14496-2為國際標準化/國際電聯(lián)組織制定的第14496號文件， 其制定了的MPEG4壓縮標準，定義中規(guī)定了很多個檔次，檔次即不同的壓縮等級，本發(fā)明采用簡單檔次(Simple Profile)作為壓縮標準，所述的簡單檔次是指最簡單的等級，只使用 I幀和P幀；所述的I幀為幀內(nèi)編碼幀；所述的P幀為預測編碼幀。所述的I幀間隔參數(shù)a的取值范圍為15 30 ；步驟2 利用Logistic映射確定混沌序列，公式如下χι+ι=^-μχ^\ (/=1, 2,..., )(1)式中，xi+1表示Xi迭代1次后產(chǎn)生的值，μ表示控制參數(shù)，且滿足 1. 40115 ^ μ ^ 2, Xi表示初值迭代i次后產(chǎn)生的值；公式(1)的量化公式為kj = (XiX108)mod255(2)式中，Iii表示Xi量化后的值；步驟3:加密I幀，方法為步驟3. 1 對于I幀，對其YUV三個平面分別逐行進行塊遍歷，并提取每個平面的第一行和第一列DC系數(shù)，存到數(shù)組D= W1, d2，. . . dj中，所述D的取值范圍為[-255， 255]；步驟3. 2 將步驟3. 1中數(shù)組D中的所有元素映射到整數(shù)區(qū)間Mdi)，公式如下f (φ) = φ+Κ(3)式中，正數(shù)區(qū)間Mdi)的取值范圍為W，510]，其中，Cli e D，K為一個常數(shù)，且 K 彡 255 ；步驟3. 3 對D中的數(shù)據(jù)進行加密，公式如下Ci = (di+ki+c^^mocKN+l)(4)式中，Ci是加密后的密文，Cli是加密前的明文，Ici是密鑰發(fā)生器的輸出，(V1是Ci 的前一個密文，N是映射到正數(shù)區(qū)間后數(shù)列D的值域上限，且滿足N = 510 ；確定加密后的DC系數(shù)數(shù)列C = {Cl，c2，. . .，cj ；步驟3. 4 將步驟3. 3中得到的密文Ci減去K，得到加密后的DC系數(shù)數(shù)列；步驟3. 5 將加密后的數(shù)據(jù)寫入其原始位置，如I幀加密結束，則執(zhí)行步驟4，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟3，直至所有I幀均加密成功；步驟4 加密P幀，方法為步驟4. 1 遍歷P幀中所有塊，并尋找?guī)瑑?nèi)編碼塊，對每一個幀內(nèi)編碼塊的DC系數(shù)采用如下公式進行加密Cpi = PiQki(5)
式中，cPi是得到的密文，Pi為明文，Ici為由公式(1)和(2)生成的混沌序列；步驟4. 2 將加密后的數(shù)據(jù)寫入其原始位置，如P幀加密結束，則執(zhí)行步驟5，否則， 反復執(zhí)行步驟4，直至所有P幀均加密成功；步驟5 將壓縮加密編碼后的數(shù)據(jù)寫入到MPEG-4視頻文件中，壓縮加密完成。上述加密過程的解密方法為在解壓縮過程中將公式(4)和( 分別替換為(6) 和(7)即可(Ii = (Ci-Iii-(V1) modN(6)ρτ = Cpi Ji1(7)本發(fā)明優(yōu)點本發(fā)明提出的基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，通過選擇性的針對I幀中第一行和第一列的DC系數(shù)以及P幀、B幀中幀內(nèi)編碼宏塊的DC系數(shù)來完成對視頻序列的加密，本發(fā)明方法在保證基本的文娛類視頻應用安全需求的前提下，具有加密效率高、壓縮比影響小和實時性強等特點，可應用于實時監(jiān)控、視頻直播、付費電視等視頻領域；此外，在發(fā)明所提出的算法框架具有一定的伸縮性，即具體的加密操作和密鑰流發(fā)生器可以根據(jù)安全性的需求而靈活改變，對于高安全性的加密需求，可以選擇使用隨機性好、復雜度高的其它加密算法來完成，以實現(xiàn)一個更好的密碼學安全性。


圖1為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法DC系數(shù)預測示意圖；圖2為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法的算法結構圖；圖3為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法I幀中DC系數(shù)預測關系圖；圖4為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法宏塊編碼模式示意圖；圖5(a)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第一幀圖像；圖5(b)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第二幀圖像；圖5(c)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第三幀圖像；圖5(d)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第四幀圖像；圖5(e)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第五幀圖像；圖5(f)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第六幀圖像；圖5(g)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第七幀圖像；圖5(h)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第八幀圖像；圖5(i)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第九幀圖像；圖5(j)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法原視頻的第十幀圖像；圖6(a)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第一幀圖像；圖6 (b)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第二幀圖像圖6(c)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第三幀圖像；圖6(d)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第四幀圖像；圖6(e)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第五幀圖像；圖6(f)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第六幀圖像；圖6(g)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第七幀圖像；圖6(h)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第八幀圖像；圖6(i)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第九幀圖像；圖6(j)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法加密后的第十幀圖像；圖7 (a)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Mefan方法的原始視頻；圖7 (b)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Bus方法的原始視頻；圖7 (c)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于i^oreman方法的原始視頻；圖7 (d)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Bridge-far方法的原始視頻；圖7 (e)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Mefan方法的加密視頻；圖7 (f)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Bus方法的加密視頻；圖7 (g)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于i^oreman方法的加密視頻；圖7 (h)為本發(fā)明基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法基于Bridge-far方法的加密視頻。
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。MPEG 視頻編碼標準包括 MPEG-I、MPEG-2、MPEG-4、MPEG-7 和 MPEG-21，對數(shù)字媒體產(chǎn)業(yè)有著巨大的影響。MPEG-4編碼標準較其他幾種有著更為廣泛的應用市場，也是現(xiàn)在流行的一種編碼格式。在早期的MPEG-I和MPEG-2編碼標準中，運動估計和運動補償技術就被應用于幀間冗余的減少。幀內(nèi)編碼幀(I幀)是獨立于其他幀進行壓縮編碼的；幀間編碼幀使用運動補償預測技術，只存儲當前編碼幀和參考幀之間的殘差值；P幀只通過前向編碼幀進行預測，而B幀則通過雙向編碼幀進行預測。MPEG-4編碼標準在此基礎上提出了減少空域冗余的幀內(nèi)預測技術相鄰幀內(nèi)編碼塊的低頻變換系數(shù)，尤其是DC系數(shù)，通常具有較高的相關性，為了提高壓縮效率，幀內(nèi)編碼塊的DC系數(shù)和第一行或第一列AC系數(shù)(可選)從左鄰或上鄰的已編碼塊中預測，圖1 為DC系數(shù)預測示意圖，由圖1可知，當前塊X的DC系數(shù)從它上方的塊C或左側的塊A中預測得到，預測方向由水平和豎直方向DC系數(shù)的梯度決定，公式如下
pd = [up, \DCa-DCb\< \DCb - DCc I '{left,其他式中，DCa為當前DC系數(shù)的左側DC系數(shù)，DCb為當前DC系數(shù)的左上DC系數(shù)，DCc 為當前DC系數(shù)的上方DC系數(shù)；當前編碼塊屬于一個幀內(nèi)編碼宏塊時，需要其進行幀內(nèi)預測，包含兩種情況一是 I幀中的所有塊，二是P幀和B幀中的幀內(nèi)編碼宏塊；在不需要兼容H. 263的情況下，MPEG-4 默認對DC系數(shù)使用幀內(nèi)預測技術，而AC系數(shù)的幀內(nèi)預測是可選的，基于幀內(nèi)預測技術，I幀中所有后續(xù)DC系數(shù)都從第一行、第一列DC系數(shù)預測得來。本實施例的視頻加密方法旨在保證密碼學安全和視覺安全的基礎上盡量提高加密效率和壓縮效率，與其他的基于DCT系數(shù)的視頻加密算法相比，本申請的算法加密的數(shù)據(jù)量更少，僅包含I幀中第一行和第一列DC系數(shù)，以及P幀、B幀中的幀內(nèi)編碼宏塊，本申請加密算法的結構如圖2所示。本實施例的原理為在視頻流中，與幀間編碼幀(P幀和B幀)相比，I幀包含有更多的信息，因此也更加受到視頻加密算法的重視，當I幀圖像擾亂后，后續(xù)的預測幀圖像由于參考幀的變化也會被擾亂，而編碼的殘差也不足以將其恢復。本實施例中的加密算法利用幀內(nèi)預測技術擾亂I幀中第一行和第一列DC系數(shù)值， 他們是所有后續(xù)DC系數(shù)可能的參考值，I幀中DC系數(shù)的參考關系如圖3所示，第一行和第一列的DC系數(shù)在一幀中的上邊界和左邊界，沒有編碼后的DC系數(shù)可以作為它們的預測值， 這些預測值在編碼時被假定為IOM (灰色)，從圖3中可以看出，不管DC預測方向是豎直還是水平，只要第一行和第一列的DC系數(shù)被改變了，這種變化就會隨著幀內(nèi)預測而擴散到整個I幀。本實施例采用基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，包括以下步驟步驟1 輸入待壓縮加密的原始視頻YUV文件bUS_cif.yUV，大小為每幀圖像 352X288個像素點，共有148幀，像素深度為8比特，其中，輸入的I幀間隔參數(shù)a = 15，即編碼的第1幀為I幀，第2-15幀為P巾貞，第16幀為I巾貞，第17-30幀為P巾貞，以此類推；
步驟2 利用Logistic映射確定混沌序列取μ = 2, X0 = 0. 1234,num = 3 X 352 X 288/2+2000 = 154064 ；按照公式(1)(2)，得到序列 K= {233，199，161，12，141，212，3，232，211，217，182， 81，172，121，167，149，151，84，251，135，193，5，138，104，236，66，40，149，95，6，121，27， 126，82，217，220，216，235，93，59，87，79，20，162，92，124，214，233，156，134，251，98，13， 148，91，237，227，75，161，93，64，84，106，122，217，38，199，118，130，69，228，210，87，100， 203，171,43,135，172,250,227......}本實施例中，加密是取第2000個值以后的數(shù)值；步驟3 加密I幀，方法為步驟3. 1 遍歷YUV三個平面，取出每個平面的第一行和第一列DC系數(shù)，在bus_ cif. yuv的第一幀(I幀)中，Y平面共取出DC系數(shù)79個，UV兩平面各取出DC系數(shù)39個；Y平面的第一行 DC 系數(shù)為(自右向左)1，-1，-4，-11，-4，5，5，-3，-9，6，5，4，-35， 34,3,1,1, -7， -5,7, -13， -4，14，1，9，8，3，2， -4， -4,1, -8,5, -4,7, -7,2,1, -1,12, -1， 1，-8，-85Y 平面的第一列 DC 系數(shù)為(自上至下):-85, -4,2, -5,1,1,0, -4,2,4,11, _5， 5，-6，-5，-4,0, -1，10,8, -10,74，-39,22，-21,39，-19,6, -41,5,16，-23，-13，-3，-1，-4所以第一組D = {1，-1，-4，-11，-4,5,5, _3，-9,6,5,4, -35，34，3，1，1，-7，-5， 7，-13，-4，14，1,9,8,3,2, -4，-4，1，-8,5, -4,7, -7,2,1，-1，12，-1，1，-8，-85，-4,2, -5， 1,1,0, -4,2,4,11, -5,5, -6，-5，-4,0, -1,10,8, -10,74，-39,22，-21,39，-19,6, -41,5, 16，-23，-13，-3，-1，-4}步驟3.2 :K = 255，根據(jù)公式(3)，上面一組D調(diào)整到非負區(qū)間后變?yōu)镈 = {256，254，251，244，251，260，269，252，246，261，260，259，220，289，258，256， 256，248，250，262，242，251，241，256，264，263，258，257，251，251，256，247，260，251，262， 248，257，256，254，267，254，256，247，170，251，257，250，256，256，255，251，257，259，266， 250，260，249，250，251，255，254，265，263，245，329，216，277，234，294，236，261，214，260， 271,232,242,252,254,251}步驟3. 3 對于此時D中的數(shù)值進行加密運算，C0 = 59，是混沌序列中第2000個值，公式如下C1 = (256+59+59) % 511-255 = 119c2 = (254+119+107) % 511-255 = 225步驟3. 4 將步驟3. 3中得到的密文Ci減去K = 255，得到加密后的DC系數(shù)數(shù)列 C = {119,225,251，-97，117，-152，-54，110，-178，-64,43,220, -121,64,166，-225，-12， 229， -40，2，152，207， -59， -40， -24，130，230， -255， -138，10，105， -194， -119， -15， -17， 11，101，-200，-151，1，110,236，-42，195，-254，-152，-32,210, -51，167，-219，-61，-25， 135，-237，-199，15，102，-175，-136,21, -3,3,111，161，-134，-9，122，-243}步驟3. 5 將加密后的數(shù)據(jù)寫入其原始位置，繼續(xù)其余MPEG-4壓縮步驟(詳細定義見 IS0/IET 14496)；步驟4 加密P幀，方法為步驟4. 1 遍歷P幀中所有塊，并尋找?guī)瑑?nèi)編碼塊，以視頻bus_cif中的第一個P幀為例，如圖4所示，其中紅色標記的宏塊為幀內(nèi)編碼宏塊，按照逐行掃描的順序依次是第8， 12，67，，8，183，243, 388個宏塊，每個宏塊有6個DC系數(shù)，其中4個是亮度塊，兩個是色度快；DC系數(shù)按照編碼順序依次為Y 平面 28 個:-68, -4,0,10，-43, _7，-15,3, -75,4, -1，-4,0,0,0,3, -59,22,19， 2，-40，0，17，-6，-64，-3，-2，-8U 平面 7 個_3，-8，_1，0，-4，-2，1V 平面 7 個_2，-2，_1，0，1，0，-69與DC系數(shù)進行異或的混沌序列中的數(shù)值依次為與Y 平面異或的171，5，61，99，6，220，115，13，106，29，87，187，80，71，178，69， 47，102，40，129，68，217，192，83，30，135，83，64，6與U 平面異或的:15,158,141,135,155,195,21與V 平面異或的:54,2,103,167,103,16,240,84異或的結果為Y 平面的 28 個系數(shù):-233, -7,61,105，-45, -219, -126，14，-33，25，-88，-185，80， 71，178,70，-22，112,59，131，-100，217，209，-87，-34，-134，-83，-72U 平面的 7 個系數(shù):-14, -154，-142,135，-153，-195,20V 平面的 7 個系數(shù)-56, -4，-104,167,97,17,240, -17本實施例選用Foreman、Stefan、Bridge-far和Mobile等CIF格式的視頻序列對本發(fā)明方法的有效性進行測試和分析，采用的視頻圖像均為352X288個像素點，在 MPEG-4SP0L3檔次，以I幀間隔為15進行編碼，本實施例采用的測試環(huán)境為CPU為Intel Core2 Quad Q82002. 33GHz ；RAM為4. 0GB，下面分別就加密效率、壓縮效率和安全性進行測試和分析(1)加密效率衡量加密算法的一個重要指標就是加密效率，即由于加密操作而額外增加的時間負擔。在本申請所提的加密方法中，加密操作包含兩部分基于幀內(nèi)預測的I幀加密和預測幀中的幀內(nèi)編碼宏塊加密，因為在這兩部分中所需要加密的DC系數(shù)都非常少，加密算法的主要耗時幾乎都是用于生成初始的密鑰流。在測試中，用來生成密鑰流的兩步為Logistic映射方程和量化方程。測試中公式 Logistic映射迭代了 154000次，其中前2000次被丟棄以求保證一個較好的隨機性。每幀所用的平均時間如表1所示。由加密算法造成的額外時間開銷百分比由TI表示，其計算方式如下所示TI = t^-XIOO
TNE式中，TNE表示不加密時每幀的平均壓縮編碼時間，TEN表示平均每幀的加密時間。表1為加密時間測試表，從表1中可以看出，隨著視頻序列長度的增加，加密所用時間比TI減少。加密花費的總時間都在25毫秒左右，主要是生成密鑰流的時間開銷表1加密時間測試
權利要求
1.一種基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，其特征在于包括以下步驟 步驟1 輸入待壓縮視頻文件，設置I幀間隔參數(shù)為a，將待壓縮視頻文件分為I幀和P幀；所述的待壓縮視頻文件其色差格式為YUV，包括視頻文件的亮度信息和色差信息；所述的色差格式YUV，其中，Y表示明亮度，也被稱之為Y平面；而U和V表示的則是色度，其中，U表示偏向藍色的顏色偏差，也被稱之為U平面，V表示偏向紅色的顏色偏差，也被稱之為V平面；步驟2 利用Logistic映射確定混沌序列，公式如下 χι+ι=^-μχ^\ (/=1, 2,..., η)(1)式中，xi+1表示Xi迭代1次后產(chǎn)生的值，μ表示控制參數(shù)，且滿足1. 40115 ^ μ ^ 2, Xi表示初值迭代i次后產(chǎn)生的值； 公式(1)的量化公式為kj = (XiX108)mod255(2)式中，Iii表示Xi量化后的值； 步驟3:加密I幀，方法為步驟3. 1 對于I幀，對其YUV三個平面分別逐行進行塊遍歷，并提取每個平面的第一行和第一列DC系數(shù)，存到數(shù)組D = W1, d2，. . . dj中；步驟3. 2 將步驟3. 1中數(shù)組D中的所有元素映射到整數(shù)區(qū)間f (Cli)，公式如下 f (φ) = φ+Κ(3)式中，正數(shù)區(qū)間Mdi)的取值范圍為W，510]，其中，Cli e D，K為一個常數(shù)，且K彡255 ； 步驟3. 3 對D中的數(shù)據(jù)進行加密，公式如下 Ci = (di+ki+c^^mocKN+l)(4)式中，Ci是加密后的密文，Cli是加密前的明文，Iii是密鑰發(fā)生器的輸出，(V1是Ci的前一個密文，N是映射到正數(shù)區(qū)間后數(shù)列D的值域上限，且滿足N = 510 ；步驟3. 4 將步驟3. 3中得到的密文Ci減去K，得到加密后的DC系數(shù)數(shù)列； 步驟3. 5 將加密后的數(shù)據(jù)寫入其原始位置，如I幀加密結束，則執(zhí)行步驟4，否則繼續(xù)執(zhí)行步驟3，直至所有I幀均加密成功； 步驟4:加密P巾貞，方法為步驟4. 1 遍歷P幀中所有塊，并尋找?guī)瑑?nèi)編碼塊，對每一個幀內(nèi)編碼塊的DC系數(shù)采用如下公式進行加密CPi=P^ki(5)式中，cPi是得到的密文，Pi為明文，Iii為由公式⑴和⑵生成的混沌序列； 步驟4. 2 將加密后的數(shù)據(jù)寫入其原始位置，如P幀加密結束，則執(zhí)行步驟5，否則，反復執(zhí)行步驟4，直至所有P幀均加密成功；步驟5 將壓縮加密編碼后的數(shù)據(jù)寫入到MPEG-4視頻文件中，壓縮加密完成。
2.根據(jù)權利要求1所述的基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，其特征在于步驟1所述的待壓縮視頻文件，采用IS0/IET 14496-2標準中的簡單檔次作為壓縮標準。
3.根據(jù)權利要求1所述的基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，其特征在于步驟1所述的I幀間隔參數(shù)a的取值范圍為15 30。
4.根據(jù)權利要求1所述的基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，其特征在于步驟3. 1所述D的取值范圍為[-255，255]。
全文摘要
一種基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，涉及視頻加密技術領域，本發(fā)明提出的基于幀內(nèi)預測的MPEG-4視頻混沌加密方法，通過選擇性的針對I幀中第一行和第一列的DC系數(shù)以及P幀、B幀中幀內(nèi)編碼宏塊的DC系數(shù)來完成對視頻序列的加密，本發(fā)明方法在保證基本的文娛類視頻應用安全需求的前提下，具有加密效率高、壓縮比影響小和實時性強等特點，可應用于實時監(jiān)控、視頻直播、付費電視等視頻領域；此外，在發(fā)明所提出的算法框架具有一定的伸縮性，即具體的加密操作和密鑰流發(fā)生器可以根據(jù)安全性的需求而靈活改變，對于高安全性的加密需求，可以選擇使用隨機性好、復雜度高的其它加密算法來完成，以實現(xiàn)一個更好的密碼學安全性。
文檔編號H04N7/26GK102395034SQ20111043639
公開日2012年3月28日 申請日期2011年12月22日 優(yōu)先權日2011年12月22日
發(fā)明者于海, 劉國奇, 張偉, 朱志良, 鹿雅楓 申請人:東北大學