[發明專利]一種基于級聯混沌技術的視頻圖像加密方法

有效

• 申請號: 202011130858.1
• 申請日: 2020-10-21
• 公開（公告）號: CN112511899B
• 公開（公告）日: 2022-05-24
• 發明（設計）人: 袁方;金元;李玉霞
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: H04N21/4408
• 分類號: 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所(普通合伙) 33303
• 代理人: 雷仕榮

本發明涉及一種基于級聯混沌技術的視頻圖像加密方法。包括密鑰空間的構建加密過程和解密過程，包括：首先，構建了一個級聯混沌映射，使用此映射產生加解密所需的密鑰空間；然后，直接讀取計算機磁盤中已有的視頻文件，或者調用攝像頭采集視頻圖像，獲取其每一幀的圖像序列，對每一幀原圖像進行壓縮，得到圖像的數據信息，并進行加解密，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據流。本發明對視頻圖像加密具有較好的實用性，改善了現有混沌加密方法Lyapunov指數小，導致系統對初值敏感性不高；混沌映射區間小，導致密鑰空間小，序列安全性低等問題。

技術領域

本發明屬于文件加密技術領域，涉及一種基于級聯混沌技術的視頻圖像加密方法，用以解決傳統混沌加密方法安全性低的問題。

背景技術

隨著互聯網技術的發展，數字圖像、視頻和音頻的應用也越來越廣泛，圖像、音頻和視頻所承載的信息涵蓋了生活中的方方面面，大到國防科技，小到衣食住行，因此，對信息安全的相應要求也越來越迫切。然而傳統的加密算法安全性低、效率低、易于破解，已無法滿足信息安全日益增長的需求。新的加密算法應滿足安全性高，抗破解能力強等要求。近些年來，對混沌的研究在許多領域得到了應用，也被用于加密領域。其主要原因是混沌信號具有不可預測性和非周期性的特征，增加了加密數據的混淆和擴散。為了解密基于混沌的加密數據，需要知道加密中使用的混沌系統、所有參數及其使用順序，以及混沌系統的初始值。如果發生任何錯誤，將不可能解密加密的數據。因其良好的偽隨機性以及對初始條件的敏感性等特點，混沌的研究在加密領域變得更加流行。

大多數基于混沌映射的加密系統使用的都是單混沌映射，雖然操作簡單，易于實現，但是缺點也很明顯：Lyapunov指數小，導致系統對初值敏感性不高；混沌映射區間小，導致密鑰空間小，序列安全性降低。為此，在已提出的級聯混沌系統的理論之上(請參見文獻：王光義,袁方.級聯混沌及其動力學特性研究[J].物理學報,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.)，將傳統的Logistic映射與改進后的一維平方映射相結合，構建了一種新的級聯混沌映射，通過對級聯前后系統的動力學分析，研究了級聯對動力學性能的改善，并以此級聯混沌映射設計了一種新的視頻圖像加密算法，增大了密鑰空間和偽隨機性，增強了破譯加密圖像的難度，提高了圖像信號的安全性。

故，針對現有技術的缺陷，實有必要提出一種技術方案以解決現有技術存在的技術問題。

發明內容

本發明的目的在于針對現有混沌加密方法的不足，提供了一種基于級聯混沌映射技術的圖像加密方法，以解決傳統混沌加密方法Lyapunov指數小，導致系統對初值敏感性不高；混沌映射區間小，導致密鑰空間小，序列安全性降低等問題。

實現本發明目的的總體技術思路為：本發明分為構建密鑰空間過程，加密過程和解密過程。首先，構建了一個級聯混沌映射，使用此映射產生加解密所需的密鑰空間。然后，通過將計算機中的圖像文件輸入到matlab中，得到圖像文件的數據信息，并進行加解密，獲取加解密前后圖像文件的時域圖和頻域圖。

為了解決現有技術存在的技術問題，本發明的技術方案如下：

步驟S1、利用級聯混沌映射構建密鑰空間；

步驟S2、直接讀取計算機磁盤中已有的視頻文件，或者調用攝像頭采集視頻圖像，獲取其每一幀的圖像序列，對原圖像進行壓縮，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圖像按通道進行分解,獲取R、G、B三個通道的分量，分別記為RY^M×M、GY^M×M、BY^M×M；