[發(fā)明專利]一種基于級(jí)聯(lián)混沌技術(shù)的視頻圖像加密方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011130858.1
• 申請(qǐng)日: 2020-10-21
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112511899B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 袁方;金元;李玉霞
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東科技大學(xué)
• 主分類號(hào): H04N21/4408
• 分類號(hào): H04N21/4408;H04N21/4405;H04L9/00;H04L9/08;G06F21/60;G06F21/62
• 代理公司: 杭州昱呈專利代理事務(wù)所(普通合伙) 33303
• 代理人: 雷仕榮

本發(fā)明涉及一種基于級(jí)聯(lián)混沌技術(shù)的視頻圖像加密方法。包括密鑰空間的構(gòu)建加密過(guò)程和解密過(guò)程，包括：首先，構(gòu)建了一個(gè)級(jí)聯(lián)混沌映射，使用此映射產(chǎn)生加解密所需的密鑰空間；然后，直接讀取計(jì)算機(jī)磁盤中已有的視頻文件，或者調(diào)用攝像頭采集視頻圖像，獲取其每一幀的圖像序列，對(duì)每一幀原圖像進(jìn)行壓縮，得到圖像的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行加解密，獲取加解密前后的彩色圖像及R、G、B分量，即可得到最終加解密前后的視頻數(shù)據(jù)流。本發(fā)明對(duì)視頻圖像加密具有較好的實(shí)用性，改善了現(xiàn)有混沌加密方法Lyapunov指數(shù)小，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)初值敏感性不高；混沌映射區(qū)間小，導(dǎo)致密鑰空間小，序列安全性低等問(wèn)題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于文件加密技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種基于級(jí)聯(lián)混沌技術(shù)的視頻圖像加密方法，用以解決傳統(tǒng)混沌加密方法安全性低的問(wèn)題。

背景技術(shù)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字圖像、視頻和音頻的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，圖像、音頻和視頻所承載的信息涵蓋了生活中的方方面面，大到國(guó)防科技，小到衣食住行，因此，對(duì)信息安全的相應(yīng)要求也越來(lái)越迫切。然而傳統(tǒng)的加密算法安全性低、效率低、易于破解，已無(wú)法滿足信息安全日益增長(zhǎng)的需求。新的加密算法應(yīng)滿足安全性高，抗破解能力強(qiáng)等要求。近些年來(lái)，對(duì)混沌的研究在許多領(lǐng)域得到了應(yīng)用，也被用于加密領(lǐng)域。其主要原因是混沌信號(hào)具有不可預(yù)測(cè)性和非周期性的特征，增加了加密數(shù)據(jù)的混淆和擴(kuò)散。為了解密基于混沌的加密數(shù)據(jù)，需要知道加密中使用的混沌系統(tǒng)、所有參數(shù)及其使用順序，以及混沌系統(tǒng)的初始值。如果發(fā)生任何錯(cuò)誤，將不可能解密加密的數(shù)據(jù)。因其良好的偽隨機(jī)性以及對(duì)初始條件的敏感性等特點(diǎn)，混沌的研究在加密領(lǐng)域變得更加流行。

大多數(shù)基于混沌映射的加密系統(tǒng)使用的都是單混沌映射，雖然操作簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但是缺點(diǎn)也很明顯：Lyapunov指數(shù)小，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)初值敏感性不高；混沌映射區(qū)間小，導(dǎo)致密鑰空間小，序列安全性降低。為此，在已提出的級(jí)聯(lián)混沌系統(tǒng)的理論之上(請(qǐng)參見(jiàn)文獻(xiàn)：王光義,袁方.級(jí)聯(lián)混沌及其動(dòng)力學(xué)特性研究[J].物理學(xué)報(bào),2013,62(2)；Yuan F,Deng Y,Li Y X,et al.A cascading method for constructing new discrete chaotic systemswith better randomness[J].Chaos,2019,29(5):053120.)，將傳統(tǒng)的Logistic映射與改進(jìn)后的一維平方映射相結(jié)合，構(gòu)建了一種新的級(jí)聯(lián)混沌映射，通過(guò)對(duì)級(jí)聯(lián)前后系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)分析，研究了級(jí)聯(lián)對(duì)動(dòng)力學(xué)性能的改善，并以此級(jí)聯(lián)混沌映射設(shè)計(jì)了一種新的視頻圖像加密算法，增大了密鑰空間和偽隨機(jī)性，增強(qiáng)了破譯加密圖像的難度，提高了圖像信號(hào)的安全性。

故，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，實(shí)有必要提出一種技術(shù)方案以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有混沌加密方法的不足，提供了一種基于級(jí)聯(lián)混沌映射技術(shù)的圖像加密方法，以解決傳統(tǒng)混沌加密方法Lyapunov指數(shù)小，導(dǎo)致系統(tǒng)對(duì)初值敏感性不高；混沌映射區(qū)間小，導(dǎo)致密鑰空間小，序列安全性降低等問(wèn)題。

實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的總體技術(shù)思路為：本發(fā)明分為構(gòu)建密鑰空間過(guò)程，加密過(guò)程和解密過(guò)程。首先，構(gòu)建了一個(gè)級(jí)聯(lián)混沌映射，使用此映射產(chǎn)生加解密所需的密鑰空間。然后，通過(guò)將計(jì)算機(jī)中的圖像文件輸入到matlab中，得到圖像文件的數(shù)據(jù)信息，并進(jìn)行加解密，獲取加解密前后圖像文件的時(shí)域圖和頻域圖。

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

步驟S1、利用級(jí)聯(lián)混沌映射構(gòu)建密鑰空間；

步驟S2、直接讀取計(jì)算機(jī)磁盤中已有的視頻文件，或者調(diào)用攝像頭采集視頻圖像，獲取其每一幀的圖像序列，對(duì)原圖像進(jìn)行壓縮，得到大小為M×M的圖像，記為明文序列Y^M×M。視頻圖像的加密需要對(duì)圖像按通道進(jìn)行分解,獲取R、G、B三個(gè)通道的分量，分別記為RY^M×M、GY^M×M、BY^M×M；