一種基于混沌加密的視頻通信方法及裝置的制造方法

一種基于混沌加密的視頻通信方法及裝置的制造方法
【專利摘要】本實施例提供的基于混沌加密的視頻加密方法，利用各不相同的混沌密碼分別對視頻信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混沌加密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的安全性。而且，本發(fā)明采用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混沌系統(tǒng)，一個六維混沌系統(tǒng)，共有100多個相互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰參數(shù)所需的攻擊復雜度很高，進一步提高了視頻加密的安全性。
【專利說明】
-種基于混巧加密的視頻通信方法及裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于視頻通信領域，尤其設及一種基于混濁加密的視頻通信方法及裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著信息技術飛速發(fā)展，W視頻信息為主要來源的多媒體通信越來越受到人們的 重視。但是，視頻信號經過的信道是不安全信道，視頻數(shù)據在傳輸過程中極易受到攻擊和竊 取。因此，人們對視頻數(shù)據的安全性產生了迫切需求。
[0003] 混濁加密主要是利用由混濁系統(tǒng)迭代產生的序列作為加密變換的一個因子序列。 H. 264是一種高度壓縮數(shù)字視頻編碼標準。其中，H.264編碼過程中的選擇性混濁加密是有 選擇地加密H.264編碼過程中的中間變量，包括加密帖間預測的運動矢量差值，帖內預測的 預測模式，DCT變換矩陣中的直流分量，DCT變換矩陣中的系數(shù)符號及量化參數(shù)等。H.264編 碼過程中的選擇性混濁加密的優(yōu)點是編碼器的輸出數(shù)據仍保持H. 264格式，具有加密后格 式兼容的特點。
[0004] 現(xiàn)有技術中，基于H. 264編碼的選擇性加密方式，通常在一個低維混濁系統(tǒng)中通過 某種方法生成一個混濁序列，利用該混濁序列作為加密變換因子分別對運動矢量差值、DCT 變換矩陣中的直流分量、量化參數(shù)差值和帖內預測模式進行加密。利用同一個混濁序列對 不同的加密部分進行加密，保密性低。而且，此種加密方式只有少數(shù)幾個獨立的有效密鑰參 數(shù)，容易用預測或估計方法破譯。

【發(fā)明內容】

[0005] 有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于混濁加密的視頻通信方法及裝置，W 解決現(xiàn)有技術中的視頻加密通信方法保密性低容易被破譯的問題。
[0006] 第一方面，本發(fā)明實施例提供一種基于混濁加密的視頻加密方法，包括：
[0007] 對待加密視頻流信號進行Η. 264編碼，得到中間變量，所述中間變量包括所述待加 密視頻流信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及離散余弦變換DCT變換 矩陣的直流分量；
[000引利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造混濁密碼；
[0009] 對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量W及DCT變換矩陣的直流分 量分別采用各不相同的一個所述混濁密碼進行選擇性混濁加密，得到加密后的視頻數(shù)據；
[0010] 將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。
[0011] 可選地，所述對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量W及DCT變換矩 陣的直流分量分別采用各不相同的一個所述混濁密碼進行選擇性混濁加密，得到加密后的 視頻數(shù)據，包括：
[0012] 對于一帖所述待加密視頻流信號中的每一個宏塊所包含的運動矢量差值的水平 方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量進行兩輪選擇性混濁加密過程，其中：
[0013] 第一輪選擇性混濁加密過程包括:利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系 統(tǒng)最新產生的第一混濁密碼，對所述運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁加密； 利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二混濁密碼，對所述運動矢 量差值的垂直方向分量進行選擇性混濁加密;利用第一填充數(shù)據代替所述DCT變換矩陣的 直流分量，并利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ混濁密碼，對 所述第一填充數(shù)據進行選擇性混濁加密；
[0014] 第二輪選擇性混濁加密過程包括:利用第二填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的水 平方向分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一混濁密碼對 所述第二填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用第Ξ填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的垂直 方向分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二混濁密碼對所 述第Ξ填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用在獲得的所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最 新產生的第Ξ混濁密碼對所述DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密；
[0015] 其中，加密后的視頻數(shù)據包括加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向 分量，加密后的DCT變換矩陣的直流分量，W及加密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和第 Ξ填充數(shù)據;所述第一填充數(shù)據、所述第二填充數(shù)據和所述第Ξ填充數(shù)據為隨機數(shù)或固定 數(shù)。
[0016] 可選地，所述利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系列構造混濁密 碼，包括：
[0017] 利用所述混濁系統(tǒng)獲得64位的二進制混濁變量；
[0018] 對所述64位的二進制混濁變量取整，并將取整后的二進制混濁變量的低8位作為 所述混濁密碼。
[0019] 可選地，所述利用所述混濁系統(tǒng)獲取64位的二進制混濁變量，包括：
[0020] 所述混濁系統(tǒng)將上一次對視頻信號進行混濁加密得到的加密后的視頻數(shù)據反饋 回所述混濁系統(tǒng)，產生當前次的所述二進制混濁變量。
[0021] 可選地，采用四核四進程模式實現(xiàn)混濁加密過程，其中每個處理器內核綁定一個 進程，其中第一進程用于控制視頻采集;第二進程、第Ξ進程和第四進程分別用于并行處理 Ξ帖視頻信息的H. 264編碼和選擇性混濁加密過程。
[0022] 第二方面，本發(fā)明實施例提供一種基于混濁加密的視頻解密方法，包括：
[0023] 利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造解密密碼；
[0024] 獲取待解密視頻數(shù)據中的加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分 量，W及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量；
[0025] 對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，W及，所述加密 后的DCT變換矩陣中的直流分量分別采用各不相同的一個所述解密密碼進行選擇性混濁解 密，得到解密后的視頻數(shù)據；
[0026] 使用所述解密后的視頻數(shù)據進行H. 264解碼，當解密側的密鑰與加密側的密鑰完 全匹配時，解碼得到原始視頻流信號。
[0027] 可選地，所述對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，W 及，所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量分別采用各不相同的一個所述解密密碼進行 選擇性混濁解密，得到解密后的解密數(shù)據，包括：
[0028] 對于一帖視頻中的每一個宏塊所包含的加密后的運動矢量的水平方向分量和垂 直方向分量，及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量進行兩輪選擇性混濁解密過程，其中：
[0029] 第一輪選擇性混濁解密過程包括:獲取加密后的運動矢量差值的水平方向分量和 垂直方向分量，W及加密后的第一填充數(shù)據，其中，所述第一填充數(shù)據用于代替所述DCT變 換矩陣中的直流分量;利用在獲取加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第 一解密密碼對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁解密;利用在獲 取加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二解密密碼對所述加密后的運動 矢量差值的垂直方向分量進行選擇性混濁解密;利用在獲取加密后的運動矢量差值前、所 述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ解密密碼對所述加密后的第一填充數(shù)據進行解密；
[0030] 第二輪選擇性混濁解密過程包括:獲取加密后的第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù)據， W及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量;利用在獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直流 分量前、所述混濁系統(tǒng)最后一次產生的第一解密密碼對所述加密后的第二填充數(shù)據進行解 密;利用獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量時由所述混濁系統(tǒng)產生的第二解密 密碼對所述加密后的第Ξ填充數(shù)據進行解密;利用獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直 流分量時由所述混濁系統(tǒng)產生的第Ξ解密密碼對所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量 進行解密；
[0031] 丟棄解密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據及第Ξ填充數(shù)據，將解密后的運動矢 量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及，解密后的DCT變換矩陣中的直流分量作為解 密后的視頻數(shù)據。
[0032] 可選地，采用Ξ核Ξ進程模式實現(xiàn)混濁解密過程，其中每個處理器內核綁定一個 進程，其中Ξ個進程分別用于并行處理Ξ帖視頻信息的H.264解碼和選擇性混濁解密過程。
[0033] 第Ξ方面，本發(fā)明實施例提供一種基于混濁加密的視頻加密裝置，包括：
[0034] 編碼模塊，用于對所述待加密視頻流信號進行Η. 264編碼，得到中間變量，所述中 間變量包括所述待加密視頻流信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及 離散余弦變換DCT變換矩陣的直流分量；
[0035] 密碼構造模塊，用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造混 濁密碼；
[0036] 加密模塊，用于對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量W及DCT變換 矩陣的直流分量分別采用各不相同的一個所述混濁密碼進行選擇性混濁加密，得到加密后 的視頻數(shù)據；
[0037] 發(fā)送模塊，用于將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。
[0038] 可選地，所述加密模塊包括:第一加密子模塊、第二加密子模塊；
[0039] 對于一帖所述待加密視頻流信號中的每一個宏塊所包含的運動矢量差值的水平 方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量分別利用所述第一加密子模塊和所述 第二加密子模塊進行兩輪選擇性混濁加密過程，其中：
[0040] 第一加密子模塊，具體用于利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新 產生的第一混濁密碼，對所述運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁加密；利用在 獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二混濁密碼，對所述運動矢量差值 的垂直方向分量進行選擇性混濁加密;利用第一填充數(shù)據代替所述DCT變換矩陣的直流分 量，并利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ混濁密碼，對所述第 一填充數(shù)據進行選擇性混濁加密；
[0041] 第二加密子模塊，具體用于利用第二填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的水平方向 分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一混濁密碼，對所述 第二填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用第Ξ填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的垂直方向 分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最后一些迭代產生的第二混濁密 碼，對所述第Ξ填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁 系統(tǒng)最新產生的第Ξ混濁密碼，對所述DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密；
[0042] 其中，加密后的視頻數(shù)據包括加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向 分量，加密后的DCT變換矩陣的直流分量，W及加密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和第 Ξ填充數(shù)據;所述第一填充數(shù)據、所述第二填充數(shù)據和所述第Ξ填充數(shù)據為隨機數(shù)或固定 數(shù)。
[0043] 可選地，所述密碼構造模塊包括：
[0044] 第一獲取子模塊，用于利用所述混濁系統(tǒng)獲得64位的二進制混濁變量；
[0045] 第二獲取子模塊，用于對所述64位的二進制混濁變量取整，并將取整后的二進制 混濁變量的低8位作為所述混濁密碼。
[0046] 可選地，所述第一獲取子模塊，具體用于：
[0047] 將上一次對視頻信號進行混濁加密得到的加密后的視頻數(shù)據反饋回所述混濁系 統(tǒng)，產生當前次的64位的二進制混濁變量。
[0048] 可選地，所述裝置采用四核四進程模式實現(xiàn)混濁加密過程，其中每個處理器內核 綁定一個進程，其中第一進程用于控制視頻采集;第二進程、第Ξ進程和第四進程分別用于 并行處理Ξ帖視頻信息的H. 264編碼和選擇性混濁加密過程。
[0049] 第四方面，本發(fā)明實施例提供一種基于混濁加密的視頻解密裝置，包括：
[0050] 密碼構造模塊，用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造解 密密碼；
[0051] 獲取模塊，用于獲取待解密視頻數(shù)據中的加密后的運動矢量差值的水平方向分量 和垂直方向分量，W及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量；
[0052] 解密模塊，用于對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量， W及，所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量分別利用各不相同的一個所述解密密碼進 行選擇性混濁解密，得到解密后的視頻數(shù)據；
[0053] 解碼模塊，用于使用所述解密后的視頻數(shù)據進行H.264解碼，當解密側的密鑰與加 密側的密鑰完全匹配時，解碼得到原始視頻流信號。
[0054] 可選地，所述解密模塊包括:第一解密子模塊、第二解密子模塊和解密數(shù)據獲取子 模塊；
[0055] 對于一帖視頻中的每一個宏塊所包含的加密后的運動矢量的水平方向分量和垂 直方向分量，及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量利用所述第一解密子模塊和所述第二 解密子模塊進行兩輪選擇性混濁解密過程，其中：
[0056] 所述第一解密子模塊，具體用于獲取加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂 直方向分量，W及加密后的第一填充數(shù)據，其中，所述第一填充數(shù)據用于代替所述DCT變換 矩陣中的直流分量;利用在獲得加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一 解密密碼，對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁解密;利用在獲 得加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二解密密碼，對所述加密后的運 動矢量差值的垂直方向分量進行選擇性混濁解密;利用在獲得加密后的運動矢量差值前、 所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ解密密碼，對所述加密后的第一填充數(shù)據進行解密；
[0057] 所述第二解密子模塊，具體用于獲取加密后的第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù)據，W 及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分 量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一解密密碼對所述加密后的第二填充數(shù)據進行解密;利 用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二解密 密碼，對所述加密后的第Ξ填充數(shù)據進行解密;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的 直流分量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ解密密碼，對所述加密后的DCT變換矩陣中的直 流分量進行解密；
[0058] 所述解密數(shù)據獲取子模塊，用于丟棄解密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據及第 Ξ填充數(shù)據，將解密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及，解密后的DCT 變換矩陣中的直流分量作為解密后的視頻數(shù)據。
[0059] 可選地，所述裝置采用Ξ核Ξ進程模式實現(xiàn)混濁解密過程，其中每個處理器內核 綁定一個進程，其中Ξ個進程分別用于并行處理Ξ帖視頻信息的H. 264解碼和選擇性混濁 解密過程。
[0060] 由W上技術方案可知，本實施例提供的基于混濁加密的視頻加密方法，利用各不 相同的混濁密碼分別對視頻信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量及DCT變 換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的 安全性。而且，本發(fā)明采用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)，一個六維混 濁系統(tǒng)，共有100多個相互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰 參數(shù)所需的攻擊復雜度很高，進一步提高了視頻加密的安全性。
【附圖說明】
[0061] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn) 有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明 的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可W根據 運些附圖獲得其他的附圖。
[0062] 圖1是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密方法的流程圖；
[0063] 圖2是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密方法的原理示意圖；
[0064] 圖3是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻解密方法流程圖；
[0065] 圖4是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻解密方法的原理示意圖；
[0066] 圖5是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻通信方法的原理示意圖；
[0067] 圖6是本發(fā)明實施例一種進程共享內存的具體實現(xiàn)方案示意圖；
[0068] 圖7是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密裝置的框圖；
[0069] 圖8是本發(fā)明實施例一種密碼構造模塊的框圖；
[0070] 圖9是本發(fā)明實施例一種加密模塊的框圖；
[0071 ]圖10是本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻解密裝置框圖；
[0072] 圖11是本發(fā)明實施例一種解密模塊的框圖。
【具體實施方式】
[0073] 為使本發(fā)明實施例的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合本發(fā)明實施例 中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是 本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員 在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。
[0074] 請參見圖1，示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密方法的流程圖，該 方法應用于視頻的發(fā)送端，如圖1所示該方法可W包括W下步驟：
[0075] S110，對所述待加密視頻流信號進行H. 264編碼，得到中間變量。
[0076] 所述中間變量包括所述待加密視頻流信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直 方向分量，W及DCT(Discrete Cosine Transform,離散余弦變換)變換矩陣的直流分量。
[0077] 發(fā)送端可W是具有ARM核并支持H. 264編解碼的開發(fā)板。發(fā)送端和接收端通過VGA (Video Gra地ics Array,視頻圖像陣列）接口連接到LCDiXiquid Crystal Display,液晶 顯示器）顯示器上。發(fā)送端、接收端和PC(Personal Computer,個人計算機)機通過W太網相 互連接，采用TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協(xié) 議/因特網互聯(lián)協(xié)議)協(xié)議實現(xiàn)廣域網的遠程通信。
[0078] 發(fā)送端接收攝像頭等視頻采集設備所采集的視頻流信號，視頻流信號經過肝EG解 壓、LCD顯示、RGB格式到YUV420格式的轉換、Η. 264編碼過程中的選擇性混濁加密。其中， 肝EG解壓、LCD顯示、RGB格式到YUV420格式的轉換分別采用對應的現(xiàn)有技術完成，此處不再 寶述。
[0079] 對視頻信號進行H. 264編碼過程得到并進行混濁加密的中間變量包括:運動矢量 差值的水平方向分量、垂直方向分量，及DCT變換矩陣的直流分量。
[0080] S120,利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造混濁密碼。
[0081] 本發(fā)明實施例中，采用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造混濁 密碼算法，由混濁密碼算法迭代產生混濁序列。
[0082] 在本發(fā)明的一些實施例中，可W直接將混濁系統(tǒng)產生的混濁序列作為混濁密碼對 視頻信號進行選擇性混濁加密。
[0083] 在本發(fā)明的其他實施例中，對混濁序列進行運算后得到混濁密碼，例如，混濁系統(tǒng) 獲得的64位的二進制混濁變量取整后的低8位作為所述混濁密碼?；鞚嵯到y(tǒng)中各個混濁變 量之間通常具有較大的相關性，若將某個或某些混濁變量的全部信息通過信道傳輸?shù)浇邮?端來實現(xiàn)混濁自同步，將增大自同步混濁密碼的信息泄漏。因此，對混濁變量進行預設運算 后得到的混濁密碼能夠大大減小混濁信息的泄漏，通過信道傳送的多個加密信號之間的互 相關性很小，從而提高混濁加密抵御分割攻擊的性能。
[0084] S130，對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量W及DCT變換矩陣的直 流分量分別采用各不相同的一個混濁密碼進行選擇性混濁加密，得到加密后的視頻數(shù)據。
[0085] 每個中間變量采用一個混濁密碼進行選擇性混濁加密，而且，Ξ個中間變量的選 擇性混濁加密所采用的混濁密碼各不相同，運樣提高了攻擊的復雜度，同時也提高了視頻 信號的安全性。
[0086] S140,將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。
[0087] 加密后的視頻數(shù)據通過通信通道發(fā)送給接收端，接收端利用相同的方法進行解 密。
[0088] 本實施例提供的基于混濁加密的視頻加密方法，對視頻信號的運動矢量差值的水 平方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量分別采用各不相同的一個混濁密碼 進行選擇性混濁加密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的安全性。而且，本發(fā) 明采用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)，一個六維混濁系統(tǒng)，共有100多 個相互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰參數(shù)所需的攻擊復 雜度很高，進一步提高了視頻加密的安全性。
[0089] 請參見圖2,圖2示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密方法的原理示 意圖。
[0090] 基于非線性標稱矩陣的六維離散時間混濁系統(tǒng)的混濁加密算法如下：
[0091]
[00刮公式1中的滬'(A-+1)~皆'(村)是當前次迭代得到的6個混濁序列；奸作)'-皆他是上一 次迭代得到的6個混濁序列;聳。，of >是發(fā)送端的密鑰；
[0093] 如果上一次是對運動矢量差值的選擇性混濁加密，則ρχ化)是上一次加密后的運 動矢量差值的水平方向分量;Py化)是上一次加密后的運動矢量差值的垂直方向分量;Pd化） 是上一次加密后的第一填充數(shù)據，該第一填充數(shù)據用于代替DCT變換矩陣的直流分量(后文 會詳細介紹，此處不再詳述）。
[0094] 如果上一次是對DCT變換矩陣的直流分量的選擇性混濁加密，則ρχ化)是上一次加 密后的第二填充數(shù)據，該第二填充數(shù)據用于代替運動矢量差值的水平方向分量;Py化)是上 一次加密后的第Ξ填充數(shù)據，該第Ξ填充數(shù)據用于代替運動矢量差值的垂直方向分量;Pd 化)是上一次加密后的DCT變換矩陣的直流分量。其中，第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù)據后文 會詳細介紹，此處不再詳述。
[00對公式1中巧^乂衣^乂巧)的數(shù)學表達式如下；
[0096]
(公武 Z)
[0097] 公式2中1 y<6，iy< 6;乂快).).的數(shù)學表達式如下：
[009引
（公式引
[0099] 公式3中1 y <6，1 y <6;pW化）的數(shù)學表達式如下；
[0100]
[0101] 公式4中，ξχ是運動矢量差值的水平方向分量，ξγ是垂直方向分量，Cd是DCT變換矩 陣中的直流分量。
[0102] 在公式1~公式4中，幻?'。、磚'0、巧柳為發(fā)送端的密鑰，每個密 鑰都具有雪崩效應。其中密鑰的標稱值如下：
[0103]
[0110] 根據公式5~公式8可知，發(fā)送端密鑰共有115個。
[0111] 在發(fā)送端，采用一個基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造混濁密 碼算法，實現(xiàn)對視頻信號的選擇性混濁加密。針對運動矢量差值和DCT變換矩陣中的直流分 量不便于同時編碼的問題，對于原始視頻中的每一個宏塊，用2輪加密方法分別完成H. 264 編碼過程中對運動矢量差值的水平方向分量ξχ、垂直方向分量Cy、DCT變換矩陣中的直流分 量Cd的選擇性混濁加密;第1輪用并。和乃戶完成對運動矢量差值的水平方向分量ξχ和垂直 方向分量ξγ的選擇性混濁加密，第2輪用7/產完成對DCT變換矩陣中的直流分量Cd的選擇性 混濁加密。
[0112] 結合公式1~公式8, W及圖2所示的原理圖，發(fā)送端的視頻選擇性混濁加密過程具 體如下：
[0113] 步驟1:對于一帖視頻中的第一個宏塊進行第1輪選擇性混濁加密;首先，輸入視頻 信號的運動矢量差值的水平方向分量身i腳和垂直方向分量餅(材，并輸入第一填充數(shù)據代替 DCT變換矩陣的直流分量結惟，將開關Κι和K2置1，用混濁系統(tǒng)最新產生的妒峨，皆j腳，#陽 對它們按照公式9進行選擇性混濁加密：
[0114]
巧
[011引公式9中，皆'1(*)，粗'佩，培''(A-)為根據公式1~公式8得到的立個混濁密碼;Px化） 和Py化)為選擇性混濁加密后得到的數(shù)據;Pd化)為對第一填充數(shù)據進行選擇性混濁加密后 得到的數(shù)據。
[0116] 步驟2:將有效數(shù)據px(k)和py(k)進行賭編碼之后寫入到H. 264碼流對應的緩存 H. 264緩存中，并將加密后的第一填充數(shù)據pd化)寫入到緩存數(shù)據緩存中。
[0117] 該步驟中，有效數(shù)據ρχ化)和py化)分別是加密后的運動矢量差值的水平方向分量 和垂直方向分量。利用第一填充數(shù)據代替了 DCT變換矩陣的直流分量，因此，pd化)是加密后 的第一填充數(shù)據。
[0118] 步驟3:進行第1個宏塊的第2輪加密;首先，輸入第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù)據分 別代替運動矢量差值的水平方向分量護1斯和垂直方向分量託>腳，輸入DCT變換矩陣中的 直流分量貧i(W，然后，將開關Κι和K2置2,分別用混濁系統(tǒng)最新產生的礦'從)，皆作)，請''i(A-) 對它們進行加密，得
[0119]
(10)
[0120] 公式10中，?Γ(Α')，於'W,詰為混濁密碼，px化）、py化)和pd化)為加密后的數(shù) 據。
[0121] 該步驟中的有效數(shù)據Pd化)是加密后的DCT變換矩陣的直流分量，ρχ化）、py化)分別 是加密后的第二填充數(shù)據和加密后的第Ξ填充數(shù)據。
[0122] 需要說明的是，公式9的巧…(幻，於1巧），？滬'扣)和公式10中的如'仰，皆'1作），於1從） 不是同一次迭代得到的混濁密碼。
[0123] 步驟4:將加密后的第二、第Ξ填充數(shù)據化化)和py化)寫入到緩存數(shù)據緩存中，將有 效數(shù)據Pd化)進行賭編碼之后寫入到H. 264碼流對應的緩存H. 264緩存中。
[0124] 步驟5:利用公式9和公式10分別對一帖視頻中的其余宏塊都進行上述步驟1~5對 應的加密操作，最后完成對一帖視頻的混濁加密。
[0125] 需要說明的是，第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù)據可W是隨機數(shù)或固 定數(shù)。
[0126] 如圖2所示，對Ξ個中間變量進行選擇性混濁加密之后的數(shù)據px(k)、py(k)和pd (k)，W反控制形式提供給基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)中的 卻'蛛+ 1)、Λ-、λ'Γ(Α'+1)的計算過程中，運樣，使得該混濁系統(tǒng)的正李雅譜諾夫指數(shù)充 分大且無簡并，統(tǒng)計特性通過TESTU01測試，抗退化能力強。其中，李雅譜諾夫指數(shù)表示相空 間相鄰軌跡的平均指數(shù)發(fā)散率的數(shù)值特征，用于識別混濁運動若干數(shù)值的特征之一。
[0127] 如圖2所示，對Ξ個中間變量進行選擇性混濁加密之后的數(shù)據化化）、py化)和pd化） 反饋給混濁系統(tǒng)，具體的，如果本次加密是對運動矢量差值進行加密，則反饋回混濁系統(tǒng)的 是加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，及加密后的第一填充數(shù)據;如果 本次加密是對DCT變換矩陣的直流分量進行加密，則反饋回混濁系統(tǒng)的是加密后的第二、第 Ξ填充數(shù)據，及加密后的DCT變換矩陣的直流分量。
[0128] 即該混濁系統(tǒng)屬于閉環(huán)系統(tǒng)。使得視頻信息與混濁系統(tǒng)烙為一爐，避免了原始視 頻信息永遠懸浮于混濁序列之上，提高視頻加密的安全性。
[0129] 相應于上述發(fā)送端的選擇性混濁加密過程實施例，還提供了接收端的解密實施 例。
[0130] 請參見圖3,示出了本發(fā)明實施例提供的一種基于混濁加密的視頻解密方法流程 圖，如圖3所示，該方法可W包括W下步驟：
[0131] S210,利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構造解密密碼。
[0132] 在接收端，采用一個基于非線性標稱矩陣的6維離散時間混濁系統(tǒng)構造混濁密碼 算法，實現(xiàn)對視頻信號的選擇性混濁解密。
[0133] 基于非線性標稱矩陣和6維離散時間混濁系統(tǒng)的混濁密碼解密算法為
[0134]
[0135] 公式11中，λΓ(Α-W)~皆'(A-+ U是當前次迭代得到的6個混濁序列；卻I腳~墻>(巧是上一 次迭代得到的6個混濁序列;皆>，口f·是接收端的密鑰；
[0136] 如果上一次對運動矢量差值進行解密，則ρχ化)是上一次對運動矢量差值的水平 方向分量進行選擇性混濁加密后的數(shù)據;Py化)是上一次對運動矢量差值的垂直方向分量 進行選擇性混濁加密后的數(shù)據;Pd(k)是上一次對第一填充數(shù)據進行選擇性混濁加密后的 數(shù)據。
[0137]如果上一次對DCT變換矩陣的直流分量進行解密，則px化)是上一次對第二填充數(shù) 據進行選擇性混濁加密后的數(shù)據;py(k)是上一次對第Ξ填充數(shù)據進行選擇性混濁加密后 的數(shù)據;Pd化)是上一次對DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密后的數(shù)據。
[013引其中，公式11中巧'乂如"倘)的數(shù)學表達式為：
[0側
（公式]2)
[0140]式中1 y含6，1 y含6;成''>(/'乂句)的數(shù)學表達式為： W41]
(公式W
[01創(chuàng)式中1 y含6，1 y含6;pW(k)的數(shù)學表達式為：
[0143]
[0144] (公式1斗）
[0145] 公式14中，ξχ是運動矢量差值的水平方向分量，ξγ是運動矢量差值的垂直方向分 量，Cd是DCT變換矩陣中的直流分量。
[0146] 在公式11~公式14中
為接收端的密鑰。接收 端密鑰采用與發(fā)送端約定好的密鑰；當接收端的密鑰與發(fā)送端的密鑰完全匹配時，即滿足
，才能解密得 到原始的視頻信號。
[0147] S220,獲取待解密視頻數(shù)據中加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向 分量，W及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量。
[0148] S230,對加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，W及，加密后的 DCT變換矩陣中的直流分量分別采用各不相同的一個混濁密碼進行選擇性混濁解密，得到 解密后的視頻數(shù)據。
[0149] S240,使用解密后的視頻數(shù)據進行H. 264解碼，當解密側的密鑰與加密側的密鑰完 全匹配時，解碼得到原始視頻流信號。
[0150] 本實施例提供的基于混濁加密的視頻解密方法，利用Ξ個各不相同的解密密碼 (混濁密碼)分別對運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分 量進行選擇性混濁解密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的安全性。而且，本 發(fā)明采用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)，一個六維混濁系統(tǒng)，共有100 多個相互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰參數(shù)所需的攻擊 復雜度很高，進一步提高了視頻加密通信的安全性。
[0151] 針對運動矢量差值和DCT變換矩陣中的直流分量不便于同時解碼的問題，對于加 密視頻中的每一個宏塊，用2輪解密方法分別完成H.264解碼過程中對加密后的運動矢量差 值的水平方向分量Ρχ、垂直方向分量Py和DCT變換矩陣中的直流分量pd的選擇性混濁解密， 其中第1輪用化和培完成對加密后的化和Py的選擇性混濁解密，第2輪用姑 > 完成對加密 后的Pd的選擇性混濁解密。
[0152] 請參見圖4,示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻解密方法的原理示意 圖。
[0153] 結合公式11~公式14及圖4,接收端的視頻選擇性混濁解密過程具體如下：
[0154] 步驟1:在接收端，通過網絡接收從發(fā)送端發(fā)送過來的加密后的數(shù)據，將H.264碼流 數(shù)據存入緩存Η. 264緩存中，將加密的填充數(shù)據存入緩存數(shù)據緩存中。
[0155] 步驟2:對一帖視頻中的第1個宏塊的第1輪解密;首先，對緩存Η.264緩存中的數(shù)據 進行賭解碼，并從賭解碼后的數(shù)據中讀取加密后的運動矢量差值的水平方向分量為Ρχ化)和 垂直方向分量Py化），并從緩存數(shù)據緩存中讀取加密后的第一填充數(shù)據Pd化）。然后，將開關 K1和K2置1，用混濁系統(tǒng)最新產生的'仙=聊耐中巧，護妨曲I訂，護叫 W及公式15對它們進行解密。
[0156]
(公式 15)
[0157] 步驟3:將解密后的班(λ)和貪1巧)送入至化.264解碼器之中，并將解密后的第一填充 數(shù)據勢做丟棄。
[0158] 步驟4:完成第1個宏塊的第2輪解密;從緩存數(shù)據緩存中讀取加密后的第二填充數(shù) 據Ρχ化)和第Ξ填充數(shù)據py化），從賭解碼后的數(shù)據中讀取加密后的DCT變換矩陣中的直流分 量Pd化）。將開關Κι和K2置2,用混濁系統(tǒng)最新產生的<1仍，培''W，皆>腳，按照公式16對它 們進行解密。
[0159]
(公式 16)
[0160] 需要說明的是，公式15和公式16中所使用的?rw，皆1(/〇，皆4巧是混濁系統(tǒng)不 同次的迭代產生的，即運兩個公式所采用的皆i(/f)，皆1作），於數(shù)值不同。
[0161] 步驟5:將解密后的DCT變換矩陣中的直流分量賞1腳送入到H. 264解碼器之中，將 解密后的填充數(shù)據滬W和滬i(t)丟棄。
[0162] 利用公式15和公式16分別對一帖加密視頻中的其余宏塊都進行上述相同的解密 操作，最后完成對一帖加密視頻的混濁解密。
[0163] 只有當接收端的115密鑰與發(fā)送端的115個密鑰全部匹配時，接收端才能解密出原 視頻信號；只要其中有一個密鑰不匹配，就不能解密出原始視頻信號。
[0164] 此外，混濁系統(tǒng)的反控制方式及反饋參數(shù)與圖2所示的選擇性混濁加密過程相同， 此處不再寶述。
[0165] 請參見圖5,示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻通信方法的原理示意 圖。
[0166] 發(fā)送端采用四核四進程模式實現(xiàn)混濁加密，每一個ARM核綁定一個進程。通過四個 旗標變量：?1曰旨〇、：?1曰旨1、：?1曰旨2^1曰旨3來控制開關1(0~1(9的輪流接通。具體而言，當門曰邑0 = 1，2,3時，第一進程(進程1)通過flagO控制開關K0的輪流接通，完成W帖為單位的視頻信號 輪流采集，存放到共享內存中，提供給第二進程(進程2)、第Ξ進程(進程3)、第四進程(進程 4)進行處理；同理，第二、Ξ、四進程通過門曰邑1、門曰邑2、門曰的分別控制開關1(1~1(3、1(4~1(6、 K7~K9的輪流接通來實現(xiàn)，從而使得第二、Ξ、四進程能夠并行處理Ξ帖視頻的內存讀取、 JPEG解壓、原始視頻的LCD顯示、RGB格式到YUV420格式的轉換、H. 264編碼過程中的選擇混 濁加密、網絡發(fā)送。
[0167] 發(fā)送端加密后的視頻數(shù)據通過W太網傳送到接收端，接收端采用Ξ核Ξ進程模式 實現(xiàn)混濁解密，每一個ARM核綁定一個進程。通過兩個旗標變量flag4、fla巧來控制開關K10 ~K15的輪流接通。具體而言，第一、二、Ξ進程通過flag4、fla巧分別控制開關K10~K12、 K13~K15的輪流接通來實現(xiàn)，并行處理3帖加密視頻的網絡接收、H. 264解碼和選擇性混濁 解密、解密視頻的YUV420格式到RGB格式的轉換、解密視頻的LCD顯示。
[0168] 本實施例提供的基于混濁加密的視頻通信方法，發(fā)送端采用四核四進程模式，一 個ARM核綁定一個進程，一個進程負責視頻信號采集，其它Ξ個進程并行處理Ξ個視頻信 號，大幅度提高了加密視頻的速度；同時，接收端采用Ξ核Ξ進程模式，一個ARM核綁定一個 進程，每個進程并行處理Ξ個加密后的視頻信號，從而大幅度提高了解密視頻的速度。
[0169] 請參見圖6,示出了本發(fā)明實施例一種進程共享內存的具體實現(xiàn)方案示意圖。
[0170] 發(fā)送端的四個進程中每一個進程有自己獨立的進程虛擬地址空間，通過內存管理 單元的虛實地址轉換，建立虛擬地址空間與物理內存空間之間的映射關系。如圖6所示，進 程1對應3個共享內存區(qū)（內存1、內存2和內存3)和1個旗標變量共享區(qū)。進程2、3、4通過 Linux操作系統(tǒng)提供的共享內存函數(shù)映射到共享內存區(qū)域。多個箭頭所指的區(qū)域表示被多 個進程共享，共享區(qū)域數(shù)據的變化對共享進程來說是可見的。3個共享內存區(qū)域分別對應圖 1中的內存1、內存2、內存3。由進程1寫入的數(shù)據能夠被其他進程共享讀取，從而實現(xiàn)了進程 1與進程2、3、4之間的共享內存，目標是完成任務的拆分，實現(xiàn)并行處理。與單進程處理相 比，多進程處理的帖率提高到2倍W上。
[0171] 旗標共享區(qū)存放若干個旗標變量，被四個進程共享。每一個旗標變量標示出一種 操作權限，任何進程要獨占操作共享資源之前，必須先判斷區(qū)域中對應的旗標變量;如果旗 標變量標示出進程獲得權限，則進程獨占資源并操作。釋放資源之后修改旗標變量，旗標變 量的修改對其他所有進程而言是可見的；如果旗標變量標示出進程尚未獲得權限，則進程 繼續(xù)循環(huán)判斷旗標變量，并且處于等待狀態(tài)，直到權限的到來為止。
[0172] 對于前述的各方法實施例，為了簡單描述，故將其都表述為一系列的動作組合，但 是本領域技術人員應該知悉，本發(fā)明并不受所描述的動作順序的限制，因為依據本發(fā)明，某 些步驟可W采用其他順序或者同時進行。其次，本領域技術人員也應該知悉，說明書中所描 述的實施例均屬于優(yōu)選實施例，所設及的動作和模塊并不一定是本發(fā)明所必須的。
[0173] 相應于上述的基于混濁加密的視頻通信方法實施例，本發(fā)明還提供了相對應的裝 置實施例。
[0174] 請參見圖7,示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻加密裝置的框圖，該裝 置應用于視頻信號的發(fā)送端。如圖7所示，該裝置包括:編碼模塊710、密碼構造模塊720、加 密模塊730和發(fā)送模塊740。
[0175] 編碼模塊710，用于對所述待加密視頻流信號進行H. 264編碼，得到中間變量。
[0176] 發(fā)送端接收攝像頭等視頻采集設備所采集的視頻流信號，視頻流信號經過肝EG解 壓、LCD顯示、RGB格式到YUV420格式的轉換、H. 264編碼過程中的選擇混濁加密。
[0177] 對視頻信號進行H. 264編碼過程中的中間變量包括:待加密視頻流信號的運動矢 量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及離散余弦變換DCT變換矩陣的直流分量。
[0178] 密碼構造模塊720,用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構 造混濁密碼。
[0179] 在本發(fā)明的一些實施例中，對混濁序列進行運算后得到混濁密碼。
[0180] 請參見圖8,示出了本發(fā)明實施例一種密碼構造模塊的框圖，所述密碼構造模塊 720包括:第一獲取子模塊721和第二獲取子模塊722。
[0181] 第一獲取子模塊721，用于利用所述混濁系統(tǒng)獲得64位的二進制混濁變量。
[0182] 第二獲取子模塊722,用于對所述64位的二進制混濁變量取整，并將取整后的二進 制混濁變量的低8位作為所述混濁密碼。
[0183] 加密模塊730,用于對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量W及DCT 變換矩陣的直流分量分別采用各不相同的一個混濁密碼進行選擇性混濁加密，得到加密后 的視頻數(shù)據。
[0184] Ξ個中間變量的選擇性混濁加密所采用的混濁密碼各不相同，運樣提高了攻擊的 復雜度，同時也提高了視頻信號的安全性。
[0185] 請參見圖9,示出了本發(fā)明實施例一種加密模塊的框圖，如圖9所示，該加密模塊 730包括第一加密子模塊731和第二加密子模塊732。
[0186] 針對運動矢量差值和DCT變換矩陣中的直流分量不便于同時編碼的問題。對于一 帖所述待加密視頻流信號中的每一個宏塊分別利用所述第一加密子模塊和所述第二加密 子模塊進行兩輪選擇性混濁加密過程，其中：
[0187] 第一加密子模塊731，具體用于利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最 新產生的第一混濁密碼，對所述運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁加密;利用 在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二混濁密碼，對所述運動矢量差 值的垂直方向分量進行選擇性混濁加密;利用第一填充數(shù)據代替所述DCT變換矩陣的直流 分量，并利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ混濁密碼，對所述 第一填充數(shù)據進行選擇性混濁加密。
[0188] 第二加密子模塊732,具體用于利用第二填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的水平 方向分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一混濁密碼，對 所述第二填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用第Ξ填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的垂直 方向分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二混濁密碼，對 所述第Ξ填充數(shù)據進行選擇性混濁加密;利用在獲得的所述DCT變換矩陣前、所述混濁系統(tǒng) 最新產生的第Ξ混濁密碼，對所述DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密。
[0189] 需要說明的是，得到有效的加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分 量及DCT變換矩陣的直流分量后，還需要對運些數(shù)據進行賭編碼得到H. 264碼流數(shù)據;不需 要對加密后的填充數(shù)據進行賭編碼。賭編碼過程是H. 264編碼過程的一部分，即選擇性混濁 加密嵌入到H. 264編碼的賭編碼過程之前。
[0190] 其中，所述第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和所述第Ξ填充數(shù)據為隨機數(shù)或固定數(shù)。
[0191] 發(fā)送模塊740,用于將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。
[0192] 加密后的視頻數(shù)據通過通信通道發(fā)送給接收端，接收端利用相同的方法進行解 密。
[0193] 本實施例提供的基于混濁加密的視頻加密裝置，利用各不相同的混濁密碼分別對 視頻信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量進行 選擇性混濁加密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的安全性。而且，本發(fā)明采 用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)，一個六維混濁系統(tǒng)，共有100多個相 互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰參數(shù)所需的攻擊復雜度 很高，進一步提高了視頻加密的安全性。
[0194] 此外，圖7所示的裝置實施例中，所述裝置采用四核四進程模式實現(xiàn)混濁加密過 程，其中每個處理器內核綁定一個進程，其中第一進程用于控制視頻采集;第二進程、第Ξ 進程和第四進程分別用于并行處理Ξ帖視頻信息的H. 264編碼和選擇性混濁加密過程。與 單進程處理相比，多進程處理的帖率提高到2倍W上。
[01%]相應于上述的基于混濁加密的視頻加密裝置實施例，本發(fā)明還提供了相應的解密 裝置實施例。
[0196] 請參見圖10,示出了本發(fā)明實施例一種基于混濁加密的視頻解密裝置框圖，該裝 置應用于視頻的接收端。如圖10所示，該裝置包括密碼構造模塊1010、獲取模塊1020、解密 模塊1030和解碼模塊1040。
[0197] 密碼構造模塊1010,用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)構 造解密密碼。
[0198] 獲取模塊1020,用于獲取待解密視頻數(shù)據中的加密后的運動矢量差值的水平方向 分量和垂直方向分量，W及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量；
[0199] 解密模塊1030,用于對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分 量，W及，所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量分別采用各不相同的一個解密密碼進行 選擇性混濁解密，得到解密后的視頻數(shù)據。
[0200] 請參見圖11，示出了本發(fā)明實施例一種解密模塊的框圖，如圖11所示，所述解密模 塊1030包括:第一解密子模塊1031、第二解密子模塊1032和解密數(shù)據獲取子模塊1033;
[0201] 針對運動矢量差值和DCT變換矩陣中的直流分量不便于同時解碼的問題，對于一 帖視頻中的每一個宏塊利用所述第一解密子模塊1031和所述第二解密子模塊1032進行兩 輪選擇性混濁解密過程，其中：
[0202] 所述第一解密子模塊1031，具體用于獲取加密后的運動矢量差值的水平方向分量 和垂直方向分量，W及加密后的第一填充數(shù)據，其中，所述第一填充數(shù)據用于代替所述DCT 變換矩陣中的直流分量;利用在獲得加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的 第一解密密碼，對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混濁解密;利用 在獲得加密后的運動矢量差值前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第二解密密碼，對所述加密后 的運動矢量差值的垂直方向分量進行選擇性混濁解密;利用在獲得加密后的運動矢量差值 前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ解密密碼，對所述加密后的第一填充數(shù)據進行解密。
[0203] 所述第二解密子模塊1032,具體用于獲取加密后的第二填充數(shù)據和第Ξ填充數(shù) 據，W及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的 直流分量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第一解密密碼，對所述加密后的第二填充數(shù)據進行 解密;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第 二解密密碼，對所述加密后的第Ξ填充數(shù)據進行解密;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩 陣中的直流分量前、所述混濁系統(tǒng)最新產生的第Ξ解密密碼，對所述加密后的DCT變換矩陣 中的直流分量進行解密。
[0204] 所述解密數(shù)據獲取子模塊1033,用于丟棄解密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據 及第Ξ填充數(shù)據，將解密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，W及，解密后 的DCT變換矩陣中的直流分量作為解密后的視頻數(shù)據。
[0205] 解碼模塊1040，用于使用所述解密后的視頻數(shù)據進行H. 264解碼，當解密側的密鑰 與加密側的密鑰完全匹配時，解碼得到原始視頻流信號。
[0206] 需要說明的是，在對運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，及加密后的 DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混濁加密后，對有效的加密后的數(shù)據進行了賭編碼得 至化.264碼流數(shù)據；因此，對應的解密時，獲得H. 264碼流數(shù)據后需要進行賭解碼，得到加密 后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，及加密后的DCT變換矩陣的直流分量， 才能做后續(xù)的解密操作。
[0207] 本實施例提供的基于混濁加密的視頻解密裝置，利用Ξ個各不相同的解密密碼 (混濁密碼)分別對運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分 量進行選擇性混濁解密，提高了攻擊的復雜度，同時，也提高了視頻信號的安全性。而且，本 發(fā)明采用了基于非線型標稱矩陣的六維離散時間的混濁系統(tǒng)，一個六維混濁系統(tǒng)，共有100 多個相互獨立的密鑰參數(shù)，每個密鑰都具有雪崩效應，因此，破譯各個密鑰參數(shù)所需的攻擊 復雜度很高，進一步提高了視頻加密通信的安全性。
[0208] 此外，圖10所示實施例中，解密裝置采用Ξ核Ξ進程模式實現(xiàn)混濁解密過程，其中 每個處理器內核綁定一個進程，其中Ξ個進程分別用于并行處理Ξ帖視頻信息的H. 264解 碼和選擇性混濁解密過程。與單進程處理相比，多進程處理的帖率提高到2倍W上。
[0209] 需要說明的是，本說明書中的各個實施例均采用遞進的方式描述，每個實施例重 點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。 對于裝置類實施例而言，由于其與方法實施例基本相似，所W描述的比較簡單，相關之處參 見方法實施例的部分說明即可。
[0210] 最后，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關系術語僅僅用來將 一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示運些實體或操作 之間存在任何運種實際的關系或者順序。而且，術語"包括"、"包含"或者其任何其他變體意 在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那 些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為運種過程、方法、物品或者 設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句"包括一個……"限定的要素，并不排 除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
[0211] 對所公開的實施例的上述說明，使本領域技術人員能夠實現(xiàn)或使用本發(fā)明。對運 些實施例的多種修改對本領域技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可 W在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限 制于本文所示的運些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的 范圍。
[0212] W上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可W做出若干改進和潤飾，運些改進和潤飾也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種基于混沌加密的視頻加密方法，其特征在于，包括： 對待加密視頻流信號進行H. 264編碼，得到中間變量，所述中間變量包括所述待加密視 頻流信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，以及離散余弦變換DCT變換矩陣 的直流分量； 利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混沌系統(tǒng)構造混沌密碼； 對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量以及DCT變換矩陣的直流分量分 別采用各不相同的一個所述混沌密碼進行選擇性混沌加密，得到加密后的視頻數(shù)據； 將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。2. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述對所述運動矢量差值的水平方向分 量、垂直方向分量以及DCT變換矩陣的直流分量分別采用各不相同的一個所述混沌密碼進 行選擇性混沌加密，得到加密后的視頻數(shù)據，包括： 對于一幀所述待加密視頻流信號中的每一個宏塊所包含的運動矢量差值的水平方向 分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量進行兩輪選擇性混沌加密過程，其中： 第一輪選擇性混沌加密過程包括：利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最 新產生的第一混沌密碼，對所述運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混沌加密;利用 在獲得所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第二混沌密碼，對所述運動矢量差 值的垂直方向分量進行選擇性混沌加密;利用第一填充數(shù)據代替所述DCT變換矩陣的直流 分量，并利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第三混沌密碼，對所述 第一填充數(shù)據進行選擇性混沌加密； 第二輪選擇性混沌加密過程包括:利用第二填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的水平方 向分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第一混沌密碼對所述 第二填充數(shù)據進行選擇性混沌加密;利用第三填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的垂直方向 分量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第二混沌密碼對所述第 三填充數(shù)據進行選擇性混沌加密;利用在獲得的所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng)最新產 生的第三混沌密碼對所述DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混沌加密； 其中，加密后的視頻數(shù)據包括加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量， 加密后的DCT變換矩陣的直流分量，以及加密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和第三填充 數(shù)據;所述第一填充數(shù)據、所述第二填充數(shù)據和所述第三填充數(shù)據為隨機數(shù)或固定數(shù)。3. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述利用基于非線性標稱矩陣的六維離散 時間的混沌系列構造混沌密碼，包括： 利用所述混沌系統(tǒng)獲得64位的二進制混沌變量； 對所述64位的二進制混沌變量取整，并將取整后的二進制混沌變量的低8位作為所述 混沌密碼。4. 根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用所述混沌系統(tǒng)獲取64位的二進制 混純變量，包括： 所述混沌系統(tǒng)將上一次對視頻信號進行混沌加密得到的加密后的視頻數(shù)據反饋回所 述混沌系統(tǒng)，產生當前次的所述二進制混沌變量。5. 根據權利要求1所述的方法，其特征在于，采用四核四進程模式實現(xiàn)混沌加密過程， 其中每個處理器內核綁定一個進程，其中第一進程用于控制視頻采集;第二進程、第三進程 和第四進程分別用于并行處理三幀視頻信息的Η. 264編碼和選擇性混沌加密過程。6. -種基于混沌加密的視頻解密方法，其特征在于，包括： 利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混沌系統(tǒng)構造解密密碼； 獲取待解密視頻數(shù)據中的加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，以 及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量； 對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，以及，所述加密后的 DCT變換矩陣中的直流分量分別采用各不相同的一個所述解密密碼進行選擇性混沌解密， 得到解密后的視頻數(shù)據； 使用所述解密后的視頻數(shù)據進行Η. 264解碼，當解密側的密鑰與加密側的密鑰完全匹 配時，解碼得到原始視頻流信號。7. 根據權利要求6所述的方法，其特征在于，所述對所述加密后的運動矢量差值的水平 方向分量和垂直方向分量，以及，所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量分別米用各不相 同的一個所述解密密碼進行選擇性混沌解密，得到解密后的解密數(shù)據，包括： 對于一幀視頻中的每一個宏塊所包含的加密后的運動矢量的水平方向分量和垂直方 向分量，及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量進行兩輪選擇性混沌解密過程，其中： 第一輪選擇性混沌解密過程包括:獲取加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直 方向分量，以及加密后的第一填充數(shù)據，其中，所述第一填充數(shù)據用于代替所述DCT變換矩 陣中的直流分量;利用在獲取加密后的運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第一解 密密碼對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混沌解密;利用在獲取加 密后的運動矢量差值前、所述混純系統(tǒng)最新產生的第二解密密碼對所述加密后的運動矢量 差值的垂直方向分量進行選擇性混沌解密;利用在獲取加密后的運動矢量差值前、所述混 沌系統(tǒng)最新產生的第三解密密碼對所述加密后的第一填充數(shù)據進行解密； 第二輪選擇性混沌解密過程包括:獲取加密后的第二填充數(shù)據和第三填充數(shù)據，以及 加密后的DCT變換矩陣中的直流分量;利用在獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量 前、所述混沌系統(tǒng)最后一次產生的第一解密密碼對所述加密后的第二填充數(shù)據進行解密； 利用獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量前由所述混沌系統(tǒng)產生的第二解密密碼 對所述加密后的第三填充數(shù)據進行解密;利用獲取所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分 量前由所述混沌系統(tǒng)產生的第三解密密碼對所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量進行 解密； 丟棄解密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據及第三填充數(shù)據，將解密后的運動矢量差 值的水平方向分量、垂直方向分量，以及，解密后的DCT變換矩陣中的直流分量作為解密后 的視頻數(shù)據。8. 根據權利要求5所述的方法，其特征在于，采用三核三進程模式實現(xiàn)混沌解密過程， 其中每個處理器內核綁定一個進程，其中三個進程分別用于并行處理三幀視頻信息的 Η. 264解碼和選擇性混沌解密過程。9. 一種基于混沌加密的視頻加密裝置，其特征在于，包括： 編碼模塊，用于對待加密視頻流信號進行Η. 264編碼，得到中間變量，所述中間變量包 括所述待加密視頻流信號的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，以及離散余弦 變換DCT變換矩陣的直流分量； 密碼構造模塊，用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混沌系統(tǒng)構造混沌密 碼； 加密模塊，用于對所述運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量以及DCT變換矩陣 的直流分量分別采用各不相同的一個所述混沌密碼進行選擇性混沌加密，得到加密后的視 頻數(shù)據； 發(fā)送模塊，用于將所述加密后的視頻數(shù)據發(fā)送給接收端。10. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述加密模塊包括:第一加密子模塊、第 二加密子模塊； 對于一幀所述待加密視頻流信號中的每一個宏塊所包含的運動矢量差值的水平方向 分量、垂直方向分量及DCT變換矩陣的直流分量分別利用所述第一加密子模塊和所述第二 加密子模塊進行兩輪選擇性混沌加密過程，其中： 第一加密子模塊，具體用于利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生 的第一混沌密碼，對所述運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混沌加密；利用在獲得 所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第二混沌密碼，對所述運動矢量差值的垂 直方向分量進行選擇性混沌加密;利用第一填充數(shù)據代替所述DCT變換矩陣的直流分量，并 利用在獲得所述運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第三混沌密碼，對所述第一填 充數(shù)據進行選擇性混沌加密； 第二加密子模塊，具體用于利用第二填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的水平方向分 量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第一混沌密碼，對所述第 二填充數(shù)據進行選擇性混沌加密;利用第三填充數(shù)據代替所述運動矢量差值的垂直方向分 量，并利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng)最后一些迭代產生的第二混沌密碼， 對所述第三填充數(shù)據進行選擇性混沌加密;利用在獲得所述DCT變換矩陣前、所述混沌系統(tǒng) 最新產生的第三混沌密碼，對所述DCT變換矩陣的直流分量進行選擇性混沌加密； 其中，加密后的視頻數(shù)據包括加密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量， 加密后的DCT變換矩陣的直流分量，以及加密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據和第三填充 數(shù)據;所述第一填充數(shù)據、所述第二填充數(shù)據和所述第三填充數(shù)據為隨機數(shù)或固定數(shù)。11. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述密碼構造模塊包括： 第一獲取子模塊，用于利用所述混沌系統(tǒng)獲得64位的二進制混沌變量； 第二獲取子模塊，用于對所述64位的二進制混沌變量取整，并將取整后的二進制混沌 變量的低8位作為所述混沌密碼。12. 根據權利要求11所述的裝置，其特征在于，所述第一獲取子模塊，具體用于： 將上一次對視頻信號進行混沌加密得到的加密后的視頻數(shù)據反饋回所述混沌系統(tǒng)，產 生當前次的64位的二進制混沌變量。13. 根據權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述裝置采用四核四進程模式實現(xiàn)混沌 加密過程，其中每個處理器內核綁定一個進程，其中第一進程用于控制視頻采集;第二進 程、第三進程和第四進程分別用于并行處理三幀視頻信息的H. 264編碼和選擇性混沌加密 過程。14. 一種基于混沌加密的視頻解密裝置，其特征在于，包括： 密碼構造模塊，用于利用基于非線性標稱矩陣的六維離散時間的混沌系統(tǒng)構造解密密 碼； 獲取模塊，用于獲取待解密視頻數(shù)據中的加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂 直方向分量，以及，加密后的DCT變換矩陣中的直流分量； 解密模塊，用于對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方向分量，以及， 所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量分別利用各不相同的一個所述解密密碼進行選擇 性混沌解密，得到解密后的視頻數(shù)據； 解碼模塊，用于使用所述解密后的視頻數(shù)據進行H. 264解碼，當解密側的密鑰與加密側 的密鑰完全匹配時，解碼得到原始視頻流信號。15. 根據權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述解密模塊包括:第一解密子模塊、第 二解密子模塊和解密數(shù)據獲取子模塊； 對于一幀視頻中的每一個宏塊所包含的加密后的運動矢量的水平方向分量和垂直方 向分量，及加密后的DCT變換矩陣中的直流分量利用所述第一解密子模塊和所述第二解密 子模塊進行兩輪選擇性混沌解密過程，其中： 所述第一解密子模塊，具體用于獲取加密后的運動矢量差值的水平方向分量和垂直方 向分量，以及加密后的第一填充數(shù)據，其中，所述第一填充數(shù)據用于代替所述DCT變換矩陣 中的直流分量;利用在獲得加密后的運動矢量差值前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第一解密 密碼，對所述加密后的運動矢量差值的水平方向分量進行選擇性混沌解密;利用在獲得加 密后的運動矢量差值前、所述混純系統(tǒng)最新產生的第二解密密碼，對所述加密后的運動矢 量差值的垂直方向分量進行選擇性混沌解密;利用在獲得加密后的運動矢量差值前、所述 混沌系統(tǒng)最新產生的第三解密密碼，對所述加密后的第一填充數(shù)據進行解密； 所述第二解密子模塊，具體用于獲取加密后的第二填充數(shù)據和第三填充數(shù)據，以及加 密后的DCT變換矩陣中的直流分量;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量 前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第一解密密碼對所述加密后的第二填充數(shù)據進行解密;利用 在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直流分量前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第二解密密 碼，對所述加密后的第三填充數(shù)據進行解密;利用在獲得所述加密后的DCT變換矩陣中的直 流分量前、所述混沌系統(tǒng)最新產生的第三解密密碼，對所述加密后的DCT變換矩陣中的直流 分量進行解密； 所述解密數(shù)據獲取子模塊，用于丟棄解密后的第一填充數(shù)據、第二填充數(shù)據及第三填 充數(shù)據，將解密后的運動矢量差值的水平方向分量、垂直方向分量，以及，解密后的DCT變換 矩陣中的直流分量作為解密后的視頻數(shù)據。16. 根據權利要求14所述的裝置，其特征在于，所述裝置采用三核三進程模式實現(xiàn)混沌 解密過程，其中每個處理器內核綁定一個進程，其中三個進程分別用于并行處理三幀視頻 信息的H. 264解碼和選擇性混沌解密過程。
【文檔編號】H04L9/00GK105871537SQ201610438498
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年6月16日
【發(fā)明人】張曉揚, 陳平, 禹思敏, 呂金虎
【申請人】廣東工業(yè)大學