[發明專利]選擇性數據加密的方法和設備

有效

• 申請號: 200980102261.1
• 申請日: 2009-01-16
• 公開（公告）號: CN101911684A
• 公開（公告）日: 2010-12-08
• 發明（設計）人: 阿尤布·馬蘇迪;弗雷德里克·勒菲弗;阿蘭·迪朗
• 申請（專利權）人: 湯姆森許可貿易公司
• 主分類號: H04N7/16
• 分類號: H04N7/16
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 王波波

技術領域

本發明總體涉及數據加密，具體涉及以比特流形式組織的圖像數據的加密。

背景技術

本節旨在向讀者介紹與以下描述和/或要求保護的本發明的各方面有關的現有技術的各方面。相信此處的討論有助于向讀者提供背景知識，以便更好地理解本發明的各個方面。因此，應當理解的是應該據此閱讀這些說明，而不應將這些說明視為對現有技術的認可。

很早以前就已知通過加密來保護視頻數據，尤其是在條件訪問電視系統中。圖1示出了針對內容訪問控制的傳統現有技術方法。首先使用標準壓縮編碼器來編碼110視頻信號CNT，然后使用對稱加密標準(如，DES、AES或IDEA)來加密120獲得的比特流CNT’。然后由接收機來接收加密比特流[CNT’]，所述接收機對加密比特流[CNT’]進行解密130，以得到編碼比特流CNT’，所述編碼比特流CNT’被解碼140以得到至少在理論上與初始視頻信號相同的視頻信號CNT。在該方法中(被稱作完全分層的方法)，壓縮和加密是完全獨立的過程。作為典型明文數據來處理媒體比特流，其中假定明文中的所有符號或比特都是同樣重要的。

當內容的傳輸不受約束時這種方案是恰當的，然而在資源(如，存儲器、功率或計算能力)受到限制的情況下這種方案似乎不合適。許多研究表明了圖像和視頻內容的特殊特性：高傳輸速率和有限的允許帶寬，這證明了針對這種內容的標準密碼技術的不足之處。這已經使研究人員開發了一種新的方案，通過對比特流的子集應用加密來保護內容(被稱作“選擇性加密”、“部分加密”、“軟加密”或“感知加密”)，以期望在沒有對加密的子集進行解密的情況下所得到的部分加密的比特流是無用的。一般方法是將內容分成兩部分：第一部分是信號的基本部分(例如，離散余弦變換DCT分解中的直流DC系數，或離散小波變換DWT分解中的低頻層)，這允許重構原始信號的清晰但是低質量的版本；以及第二部分，可以被稱作“增強”部分(例如，圖像的DCT分解中的交流AC系數，或DWT中的高頻層)，這允許恢復圖像的精細細節并重構原始信號的高質量版本。根據這種新方案，僅加密基本部分，而以未加密的形式來發送增強部分，或在一些情況中以具有輕量擾碼的形式發送增強部分。目的在于保護內容而不是二進制流本身。

圖2示出了根據現有技術的選擇性加密。如圖1所示來執行編碼和解碼。在選擇性加密中，根據選擇性加密參數240對編碼比特流CNT’進行加密220。如上所述，例如，這些參數可以表明僅應對DC系數或低頻層進行加密，而應保持編碼比特流CNT’的其余部分未加密。然后根據選擇性加密參數240來(部分地)解密230部分加密的比特流[CNT’]。

以下準則對于任何選擇性加密算法的評估來說是重要的，并且將用于現有算法的討論：

●可調諧性：可調諧選擇性加密算法允許加密參數的變化，加密參數的變化可能是期望的特性。

●視覺退化：評估加密圖像與明碼圖像相比的失真程度。在一些應用中，可能需要低視覺退化以便使客戶得到允許預覽的、退化但是可見的內容，而其他應用可能需要強視覺退化。

●密碼安全性：給出了破解算法的難度的度量。算法的安全性部分依賴于加密密鑰，但是有利的是，不能或很難根據非加密部分來預測加密部分。

●加密縮減：給出加密部分與整個數據的比值。高效的算法有利地使該比值最小化。

●格式符合性/可轉碼性：優選地，加密比特流符合用于產生壓縮比特流的壓縮格式，任何標準解碼器都可以在無需解密的情況下對加密的比特流進行解碼。

●壓縮友好性：如果選擇性加密算法對壓縮效率沒有影響或影響很小，則可以認為選擇性加密算法是壓縮友好的。

●抗誤碼：指示以下期望特性：選擇性加密算法不傳播傳輸錯誤，和/或選擇性加密算法保持編碼器抗誤碼。

此外，由于現有技術關注JPEG2000，JPEG2000也用作本發明的非限制性實施例，因此現在給出該標準的相關部分(即，該標準的碼流結構)的簡要介紹。

JPEG2000碼流被組織成分組，碼流分組是傳送來自于被稱作分辨率、層、分量和分區的實體的特定組合的基本單位。因此，例如，具有R個分辨率、L個層、P個分區和C個分量的壓縮圖像獲得R×L×C×P個分組。應注意，JPEG2000的EBCOT(優化截斷嵌入式塊編碼)功能能夠提供與每個分組的失真速率比有關的信息。

JPEG2000使用嵌入式比特流：可以在分組的任何給定端截斷碼流而不對先前編碼的分組造成不利影響。

圖3示出了主碼流結構，包括：