專利名稱：一種視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種數(shù)據(jù)的安全加密裝置，尤其涉及一種視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置。
背景技術：
隨著計算機技術的進一步發(fā)展，三網(wǎng)融合技術也有長足發(fā)展。視頻會議、交互式電視、電子貿(mào)易等得到更多的應用。數(shù)字化是將多種信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字、數(shù)據(jù)，然后將這些數(shù)字、數(shù)據(jù)建立相應的數(shù)字化模型，進而轉(zhuǎn)變?yōu)槎M制代碼輸入計算機進行統(tǒng)一處理。數(shù)字化數(shù)據(jù)相比其它存儲設備，例如磁盤等可以保證數(shù)據(jù)在傳輸時的完整性，方便了數(shù)據(jù)擁有者進行數(shù)據(jù)傳播、例如網(wǎng)絡傳輸。但是，正是由于數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸時具有足夠的完整性，數(shù)據(jù)剽竊者也可以得到完整的數(shù)據(jù)，這樣，容易導致泄密等事故，對數(shù)據(jù)擁有者造成很大不便。而視頻數(shù)據(jù)較大，如果采用傳統(tǒng)的加解密方法，其加密、傳輸和解密時間較長，對有即時傳輸并查看需求的用戶帶來不便。另外，隨著電子商務成為一種便利、快捷的貿(mào)易方式，使用者越來越多，其安全性也越來越重要。如何確保電子商務中各項資料的完整、保密和唯一，是人們一直以來努力解決的問題，數(shù)據(jù)的加密和解密是解決該問題的一個有效手段，因此人們對數(shù)據(jù)傳輸?shù)募用苓M行了很多研究?，F(xiàn)有技術中數(shù)據(jù)的安全加密裝置按照密鑰種類分為兩種，保密密鑰類和公開密鑰類。人們對保密密鑰的加密方法進行了很多研究，得到了多個較好的加密方法，但是這些方法都會遇到同一個問題是保密密鑰的安全傳輸問題。而公開密鑰的加密方法雖然沒有密鑰泄密問題，但該方法運算量大，處理速度慢。因此需要一種加密速度快且安全性高的視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開了一種視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置，該裝置的加密速度快且加密后視頻數(shù)據(jù)的抗攻擊能力強。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置包括加密單元、參數(shù)生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊；所述加密單元包括直流系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元；其中，所述加密裝置針對的視頻數(shù)據(jù)包括多個視頻數(shù)據(jù)幀，每一個視頻數(shù)據(jù)幀包括多個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域，每個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個小數(shù)據(jù)區(qū)域，其中，所述參數(shù)生成器用于生成多個參數(shù)；所述直流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個參數(shù)之一對同一個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的直流差值進行加密； 所述交流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個參數(shù)之一對特定交流系數(shù)進行加密，進而隱藏部分加密特定交流系數(shù)；所述保密密鑰加密模塊用于將所述多個參數(shù)連接成參數(shù)向量，并利用一公開密鑰加密所述參數(shù)向量并得到位元序列；所述保密密鑰隱藏模塊用于按照次序?qū)⑺鑫辉蛄兄兴形辉[藏在所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其是不包括存放加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。
具體實施例方式為了使本領域技術人員更清楚地理解本發(fā)明的技術方案，下面結(jié)合具體實施方式
本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的安全加密方法。本發(fā)明的加密方法的安全加密裝置包括加密單元、參數(shù)生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊。其中加密單元包括直流系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元。視頻數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)發(fā)送端發(fā)送至數(shù)據(jù)接收端之前，需要先將視頻數(shù)據(jù)進行解壓縮，然后根據(jù)本發(fā)明的加密方法進行加密，然后將經(jīng)過加密的視頻數(shù)據(jù)壓縮，形成加密的壓縮數(shù)據(jù)包，再將其傳送至數(shù)據(jù)接收端。對視頻數(shù)據(jù)的壓縮方法包括轉(zhuǎn)換、量化和差值化，也可采用其它壓縮方法。視頻數(shù)據(jù)的每一幀包括多個大數(shù)據(jù)區(qū)域，例如M1、M2、M3和M4，當然每一幀也可以包括更多個大數(shù)據(jù)區(qū)域。每個大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個小數(shù)據(jù)區(qū)域，例如大數(shù)據(jù)區(qū)域Ml包括ml、m2、m3和m4，當然每個大數(shù)據(jù)區(qū)域可以包括更多個小數(shù)據(jù)區(qū)域。每個小數(shù)據(jù)區(qū)域由多個像素組成，例如小數(shù)據(jù)區(qū)域ml包括8X8的像素。視頻數(shù)據(jù)壓縮為了達到高壓縮效率，一般比較注重去除影像數(shù)據(jù)幀的時間多余度。而根據(jù)影像數(shù)據(jù)幀種類一般的視頻數(shù)據(jù)幀可以劃分為I幀、P幀和B幀。P幀利用最接近的I幀或P幀預測其移動向量，而B幀則同時利用前后接近的影像數(shù)據(jù)幀作為預測的參考。因此，I幀中包含的數(shù)據(jù)區(qū)域均為幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域，而P幀和B幀所包含的數(shù)據(jù)區(qū)域則包括一部分幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域以及一部分透過移動向量參考其它視頻數(shù)據(jù)幀的幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域。本發(fā)明針對幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的部分數(shù)據(jù)進行加密。首先將幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域進行余弦轉(zhuǎn)換，從而將8X8的像素數(shù)轉(zhuǎn)換成8X8個直流系數(shù)或交流系數(shù)。經(jīng)過余弦轉(zhuǎn)換后，對直流系數(shù)進行差值脈沖編碼調(diào)節(jié)的差值化步驟。例如以第一直流系數(shù)為基數(shù)，取后續(xù)直流系數(shù)與第一直流系數(shù)之間的直流差值。也可以其它直流系數(shù)為基數(shù)，取其它直流系數(shù)與該基數(shù)的直流差值。在差值化同時，可以對交流系數(shù)進行量化步驟。量化是在一個量化表中存入固定系數(shù)，表中越靠近左上角的固定系數(shù)值越小，越靠近右下角的固定系數(shù)值越大。每一個固定系數(shù)對應一個交流系數(shù)。量化過程是用每個交流系數(shù)除以量化表中該交流系數(shù)對應的固定系數(shù)。由于在余弦轉(zhuǎn)換過程中已經(jīng)將重要數(shù)據(jù)集中在z折線掃描排列的前面的交流系數(shù)中，因此數(shù)據(jù)重心集中在直流系數(shù)以及低頻的交流系數(shù)上，高頻的交流系數(shù)的數(shù)值較小，因此z折線掃描排列在前面的交流系數(shù)是很重要的特定交流系數(shù)。對視頻數(shù)據(jù)經(jīng)余弦轉(zhuǎn)換、差值脈沖編碼調(diào)節(jié)和量化后，得到多個直流差值和多個特定的交流系數(shù)，本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的加密方法就是針對上述直流差值和特定的交流系數(shù)進行加密，再隱藏加密用的保密密鑰，再將其壓縮后即得到可傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)加密壓縮包。
對直流差值和交流系數(shù)進行加密的方法如下。 在視頻數(shù)據(jù)經(jīng)轉(zhuǎn)換、差值化和量化模塊處理后，得到了多個直流差值和特定的交流系數(shù)。同時，參數(shù)生成器生成了多個參數(shù)，例如Wp、H、m、r和a。加密單元、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊可以利用上述參數(shù)對直流差值和特定交流系數(shù)進行加密，包括根據(jù)參數(shù)產(chǎn)生兩個二值化隨機序列；和根據(jù)兩個二值化隨即序列將直流差值和特定交流系數(shù)加密，成為加密直流系數(shù)和加密特定交流系數(shù)。參數(shù)Wp用于產(chǎn)生二值化隨機序列Ppn = {Pi}，其產(chǎn)生的數(shù)值為加I或減I。交流系數(shù)加密單元將上述特定交流系數(shù)ACi乘以二值化隨機序列Pi，得到加密后的交流系數(shù)AC/
=ACi^piO同時，參數(shù)ws用于產(chǎn)生二值化隨機序列Spn = IsJ，直流系數(shù)加密單元利用該二值化隨機序列將每個直流差值A DCi進行處理A DCi' =A DCJa* (r*Si_l)。由于本發(fā)明的加密方法僅對直流差值和特定交流系數(shù)進行加密，因此比現(xiàn)有技術中視頻數(shù)據(jù)的加密方法得到的數(shù)據(jù)小，可以提高加解密的速度。之后，對特定交流系數(shù)進行進一步加密，提高其保密性。對每一個大數(shù)據(jù)區(qū)域中的四個小數(shù)據(jù)區(qū)域以特殊排列，例如z折線掃描的排列方式，從每一個8X8的小數(shù)據(jù)區(qū)域中取出交流系數(shù)加密單元加密過的m個加密特定交流系數(shù),形成組合向量4 ;然后,利用wm產(chǎn)生的排列方程產(chǎn)生一個新排列位置；然后，重新排列4內(nèi)各個加密特定交流系數(shù)的排列順序，SPfV =P(wm，fj，其中P表示重新排序運算。例如，以大數(shù)據(jù)區(qū)域Ml為例，從每一個8X8的小數(shù)據(jù)區(qū)域中取出交流系數(shù)加密單元22加密過的m = 15個加密特定交流系數(shù)，形成組合向量4 ;該組合向量內(nèi)共有15X4個正負號經(jīng)過加密的特定交流系數(shù)；然后，利用Wm產(chǎn)生的排列方程產(chǎn)生一個新排列位置，例如{58，18，20，35，…}的60個位置；然后，重新排列4內(nèi)各個加密特定交流系數(shù)的排列順序，則原來排列在小數(shù)據(jù)區(qū)域bl第I個位置的加密特定交流系數(shù)重新排列在第58位，也就是小數(shù)據(jù)區(qū)域b4的第13個位置上。之后，對數(shù)據(jù)再次進行加密。為了提高參數(shù)加密處理的效率，保密密鑰加密單元先將參數(shù)Wp、Wni、Ws、m、r和a連接成一個參數(shù)向量，也就是保密密鑰。再利用一個公開密鑰ku對該參數(shù)向量進行加密，得到位元序列B = Eku([r|m| a I Wp I Wm I wj),其中Eku表示公開密鑰的加密運算法則，“I”表示連接運算符，B表示加密后的二進制位元序列數(shù)值。然后，保密密鑰加密單元依次將每一個位元序列B中的位元隱藏到I幀中幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的中頻到高頻交流系數(shù)位置上，也就是z折線掃描中間到后段的部分，但其中不包括前面隱藏加密處理的特定交流系數(shù)的位置。隱藏方式以取代中頻到高頻交流系數(shù)的保留重要位元處理，降低嵌入保密密鑰所造成的失真，解密后獲得較高品質(zhì)的視頻數(shù)據(jù)。當一個幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)的特定交流系數(shù)位置被用盡，則隱藏到下一個幀內(nèi)編碼數(shù)據(jù)區(qū)域內(nèi)，從而確保位元序列B嵌入在一個I幀中。上述針對I幀加密進行了說明，對于P幀和B幀的加密原理類似。數(shù)據(jù)接收端端接收視頻數(shù)據(jù)后的解密方法為數(shù)據(jù)發(fā)送端進行的加密方法的反向過程，即可以利用公開密鑰將保密密鑰從接收到的視頻加密數(shù)據(jù)包提取出來，然后利用該保密密鑰解密直流差值和特定交流系數(shù)后得到原始視頻數(shù)據(jù)。具體步驟本領域技術人員由上述公開的內(nèi)容即可以得知，此處不再贅述。本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置結(jié)合保密密鑰和公開密鑰的特點，采用公開密鑰使攻擊者不能獲得保密密鑰的位置，克服了保密密鑰傳輸容易泄漏的缺陷，同時又增強了公開密鑰的抗攻擊能力，使得視頻數(shù)據(jù)的加密更快更安全。以上具體實施方式
僅用于描述本發(fā)明的視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置的技術方案，不用于限定本發(fā)明，本領域技術人員在不脫離本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以得到各種變型和組合，因此本發(fā)明的保護范圍 以權(quán)利要求書為準。
權(quán)利要求
1. 一種視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置，其特征在于， 所述加密裝置包括加密單元、參數(shù)生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊；所述加密單元包括直流系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元；其中， 所述視頻數(shù)據(jù)包括多個視頻數(shù)據(jù)幀，每一個視頻數(shù)據(jù)幀包括多個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域，每個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域包括多個小數(shù)據(jù)區(qū)域； 每個所述小數(shù)據(jù)區(qū)域包括直流系數(shù)和交流系數(shù)；由直流系數(shù)得到直流差值；針對同一個所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的所述多個小數(shù)據(jù)區(qū)域，提取特定交流系數(shù)，形成組合向量; 所述參數(shù)生成器用于生成多個參數(shù)； 所述直流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個參數(shù)之一對同一個幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中的直流差值進行加密； 所述交流系數(shù)加密單元用于根據(jù)所述多個參數(shù)之一對特定交流系數(shù)進行加密，進而隱藏部分加密特定交流系數(shù)； 所述保密密鑰加密模塊用于將所述多個參數(shù)連接成參數(shù)向量，并利用一公開密鑰加密所述參數(shù)向量并得到位元序列； 所述保密密鑰隱藏模塊用于按照次序?qū)⑺鑫辉蛄兄兴形辉[藏在所述幀內(nèi)編碼大數(shù)據(jù)區(qū)域中，尤其是不包括存放加密特定交流系數(shù)的其它交流系數(shù)位置中。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種視頻數(shù)據(jù)的安全加密裝置，包括加密單元、參數(shù)生成器、保密密鑰加密模塊和保密密鑰隱藏模塊；所述加密單元包括直流系數(shù)加密單元和交流系數(shù)加密單元。采用該裝置對視頻數(shù)據(jù)進行加密的速度快且加密后抗攻擊能力強。
文檔編號H04N21/234GK102625152SQ201210077079
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月22日
發(fā)明者李宗霖 申請人:李宗霖