[发明专利]一种加密的Huffman编码方法,及其解码方法

说明书

技术领域

本发明涉及Huffman编码，尤其涉及一种加密的Huffman编码方法，及其解码方法，和该编解码方法在数字内容保护上的应用，属于信息安全和数字内容保护技术领域。

背景技术

近二十年来，计算技术的日新月异以及网络技术的迅猛发展，推动了数字多媒体技术的产生和发展。数字多媒体音视频被广泛应用于各种场合，其中，包括信息保密和数字版权保护在内的一些应用需要保护数字内容不被非授权地使用，因此对数字内容保护的研究和开发随之产生。早期的安全方法大多依赖于权限控制，比如通过用户名、密码来实现对接收和下载的控制，但这类方法的缺陷是数字内容本身没有被加密，在传输过程中容易被窃取，因此，需要研究对数字内容本身的保护算法。考虑到数字内容及其编码的特点，新的算法需要从加密代价、安全性、实时性、简单性、压缩比保持、数据格式保持等方面考虑算法的设计方案进而对它们的性能进行评价，由于这些性能对说明本发明的内容至关重要，以下简单地介绍它们：

(1)一定强度的安全性。它是保护的首要要求，针对不同安全性级别的应用，需要加密方法达到相应的安全性要求，力求在安全性与执行效率之间实现最优折衷。另外可调节加密强度的方案有着比较广的应用范围。

(2)压缩比不变性。能够保持安全处理前后的数据量不变的性质被称为压缩比不变性。例如视频数据量一般较大，如果保护处理后的数字内容数据的压缩比相对原来的数据有较大差别，将需要传输、存储更多的数据，增加了网络和设备的负担。理想的数字内容保护算法应该具有压缩率不变性或者尽量保证安全处理对数字内容编码压缩比仅有小的影响。

(3)实时性和易用性。为了保证收看/收听的质量，数字多媒体数据在实时传输和存取方面的要求较高，保护算法不能给传输和存取带来过大的延时；随着电子消费设备不断地向小型化和移动化发展，工程技术人员一般希望保护算法的构造复杂度不能高。

(4)数据格式不变性。指保护处理前后数字内容的格式信息不变，这样可以对数字内容进行定位，也可以方便管理和识别。

Huffman编码是1952年为文本文件而建立，是一种熵编码。属于无损压缩编码。Huffman编码的码长是变化的，对于出现频率高的信息，编码的长度较短；而对于出现频率低的信息，编码长度较长。这样，处理全部信息的总码长一定小于实际信息的符号长度。

目前很多数字内容(例如jpeg、mpeg-4、mp3文件)都采用了Huffman编码作为熵编码过程，所以对于采用Huffman编码的数字内容，各种保护方法可以按照应用保护的不同位置分为Huffman编码前、Huffman编码中以及Huffman编码后。

在Huffman编码前，数字内容需要进行变换域编码，量化等预操作。针对这一特点，Tang(L.Tang.Methods for encrypting and decrypting MPEG video data efficiently，Proceedingsof the 4th ACM International Multimedia Conference(ACM Multimedia’96)，Boston，MA，USA，1996，pp.219-229.)提出了离散余弦变换(DCT)系数置乱的方法，Shi和Bhargava(C.G.Shi，B.Bhargava.A fast MPEG video encryption algorithm，Proceedings of the 6^th ACM InternationalMultimedia Conference，Bristol，United Kingdom，1998，pp.81-88.)提出了部分加密DCT系数符号的方法。Zeng和Lei(W.J.Zeng，and S.M.Lei.Efficient frequency domain selectivescrambling of digital video，IEEE Transactions on Multimedia，2003，5(1)：118-129.)提出了对DCT变换系数进行选择性置乱，同时结合对DCT变换系数符号以及运动补偿向量符号进行加密的方法。姚晔等人(姚晔，徐正全，李伟.基于ZigZag置乱的MPEG4视频加密方案及改进.计算机工程与设计，2005，26(8)：2042-2044.)提出了对Zig-Zag扫描顺序进行置乱的加密保护方法。