[发明专利]基于双随机相位编码的视频加密方法

说明书

技术领域

本发明属于视频加密领域，涉及一种基于双随机相位编码的视频加密/解密方法。

背景技术

随着多媒体技术和网络技术的不断发展，数字电视、视频邮件、可视电话等越来越受欢迎，并对我们的生活产生广泛的和深远的影响。尤其是视频监控系统，视频会议系统，视频点播系统和视频广播系统等应用提出了对视频信息的安全进行研究的要求。由于早期的视频加密方法主要是对权限进行控制，并没有对多媒体信息本身进行加密，所以在传输的过程中很容易被窃听着窃取或篡改信息。尤其是关系到军事、政治和经济的机密视频数据，更应该对其进行加密以保障数据的安全。

由于视频信息经常受到恶意攻击，如信息泄露，信息窃取和数据失真，对用户的隐私产生巨大的危害，所以视频流的安全性已成为一个热门的研究课题。例如，Qiao L等在文献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).）中根据MPEG的统计特性提出了一种对MPEG的加密方法，但此加密方法没有考虑视频帧的相关性，所以一旦被窃听者获得视频图像的相关性信息很容易被破解，不能保证视频的安全。

双随机相位编码（Double random phase encoding，简记为DRPE）是由R.Refregier等在文献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的基本思想是分别在空间域和频域对媒体信息进行加密，从而得到一个振幅和相位都随机分布的白噪声，使加密载体的安全性大大提高。

目前，DRPE主要应用在图像加密方面。如果将DRPE应用于视频加密，将会弥补Qiao L加密方法的不足，有效保证视频的安全性。

发明内容

针对现有技术中存在的视频加密方法保密效果不理想的问题，本发明提出了一种基于双随机相位编码的视频加解密算法，以有效保障视频内容的安全性。

本发明所述方法包括两个阶段：(1)视频信息加密阶段：首先提取视频数据帧，然后利用两个密钥，分别在空间域和量子傅立叶变换（Quantum Fourier Transform，简记为QFT）域对视频帧进行加密，最后加密帧合成为视频；(2)视频信息解密阶段：由于双随机加密算法具有可逆性，所以解密过程是加密过程的逆处理。

基于双随机相位编码的视频加密方法，其特征在于包括以下部分：

步骤一，对视频的加密过程，方法如下：

（1）提取视频的关键帧，即I帧，并将I帧使用R、G、B三通道表示方法表示出来；

一个压缩的视频序列由三部分组成：I帧，B帧和P帧。其中I帧是一个全帧压缩的编码帧，解码时仅用I帧的数据就可重构完整图像而不需要参考任何其它帧，也称为关键帧；而P帧被进行了更高程度的压缩，它是由它前面的P帧或者I帧预测而来；B帧的压缩度最高，它不仅参考它前一帧，还需要参考后一帧。因此，对I帧进行加密可以大大地影响相关的B帧和P帧，最终影响整个视频。

（2）利用密钥K₁在空间域分别对I帧的R、G、B三个通道数据进行加密。三个通道加密过程相同，加密后得到M_R、M_G、M_B；

（3）对M_R、M_G、M_B进行快速傅立叶变换（FFT）操作，得到FFT（M_R）、FFT（M_G）、FFT（M_B）；

（4）利用密钥K₂在频域对FFT（M_R）、FFT（M_G）、FFT（M_B）进行加密，得到M_1R、M_1G、M_1B；