[發明專利]基于雙隨機相位編碼的視頻加密方法

在審

• 申請號: 201410131342.7
• 申請日: 2014-04-02
• 公開（公告）號: CN103945224A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發明（設計）人: 楊宇光;徐鵬
• 申請（專利權）人: 北京工業大學
• 主分類號: H04N19/46
• 分類號: H04N19/46;H04N21/2347;H04N21/4405
• 代理公司: 北京思海天達知識產權代理有限公司 11203
• 代理人: 沈波

技術領域

本發明屬于視頻加密領域，涉及一種基于雙隨機相位編碼的視頻加密/解密方法。

背景技術

隨著多媒體技術和網絡技術的不斷發展，數字電視、視頻郵件、可視電話等越來越受歡迎，并對我們的生活產生廣泛的和深遠的影響。尤其是視頻監控系統，視頻會議系統，視頻點播系統和視頻廣播系統等應用提出了對視頻信息的安全進行研究的要求。由于早期的視頻加密方法主要是對權限進行控制，并沒有對多媒體信息本身進行加密，所以在傳輸的過程中很容易被竊聽著竊取或篡改信息。尤其是關系到軍事、政治和經濟的機密視頻數據，更應該對其進行加密以保障數據的安全。

由于視頻信息經常受到惡意攻擊，如信息泄露，信息竊取和數據失真，對用戶的隱私產生巨大的危害，所以視頻流的安全性已成為一個熱門的研究課題。例如，Qiao?L等在文獻1（Qiao?L,Nahrstedl?K.A?new?algorithm?for?MPEG?video?encryption.In:Proceedings?of?the?first?international?conferenceon?imaging?science,systems?and?technology.Vegas,Nevada,21-29(1997).）中根據MPEG的統計特性提出了一種對MPEG的加密方法，但此加密方法沒有考慮視頻幀的相關性，所以一旦被竊聽者獲得視頻圖像的相關性信息很容易被破解，不能保證視頻的安全。

雙隨機相位編碼（Double?random?phase?encoding，簡記為DRPE）是由R.Refregier等在文獻2（R.Refregier,B.Javidi,Optical?image?encryption?based?on?input?plane?and?Fourier?plane?random?encoding,Opt.Lett.20(7),767–769(1995)）中首次提出的。DRPE的基本思想是分別在空間域和頻域對媒體信息進行加密，從而得到一個振幅和相位都隨機分布的白噪聲，使加密載體的安全性大大提高。

目前，DRPE主要應用在圖像加密方面。如果將DRPE應用于視頻加密，將會彌補Qiao?L加密方法的不足，有效保證視頻的安全性。

發明內容

針對現有技術中存在的視頻加密方法保密效果不理想的問題，本發明提出了一種基于雙隨機相位編碼的視頻加解密算法，以有效保障視頻內容的安全性。

本發明所述方法包括兩個階段：(1)視頻信息加密階段：首先提取視頻數據幀，然后利用兩個密鑰，分別在空間域和量子傅立葉變換（Quantum?Fourier?Transform，簡記為QFT）域對視頻幀進行加密，最后加密幀合成為視頻；(2)視頻信息解密階段：由于雙隨機加密算法具有可逆性，所以解密過程是加密過程的逆處理。

基于雙隨機相位編碼的視頻加密方法，其特征在于包括以下部分：

步驟一，對視頻的加密過程，方法如下：

（1）提取視頻的關鍵幀，即I幀，并將I幀使用R、G、B三通道表示方法表示出來；

一個壓縮的視頻序列由三部分組成：I幀，B幀和P幀。其中I幀是一個全幀壓縮的編碼幀，解碼時僅用I幀的數據就可重構完整圖像而不需要參考任何其它幀，也稱為關鍵幀；而P幀被進行了更高程度的壓縮，它是由它前面的P幀或者I幀預測而來；B幀的壓縮度最高，它不僅參考它前一幀，還需要參考后一幀。因此，對I幀進行加密可以大大地影響相關的B幀和P幀，最終影響整個視頻。

（2）利用密鑰K₁在空間域分別對I幀的R、G、B三個通道數據進行加密。三個通道加密過程相同，加密后得到M_R、M_G、M_B；

（3）對M_R、M_G、M_B進行快速傅立葉變換（FFT）操作，得到FFT（M_R）、FFT（M_G）、FFT（M_B）；

（4）利用密鑰K₂在頻域對FFT（M_R）、FFT（M_G）、FFT（M_B）進行加密，得到M_1R、M_1G、M_1B；