基于帧内预测的MPEG-4视频混沌加密方法

摘要

一种基于帧内预测的MPEG-4视频混沌加密方法，涉及视频加密技术领域，本发明提出的基于帧内预测的MPEG-4视频混沌加密方法，通过选择性的针对I帧中第一行和第一列的DC系数以及P帧、B帧中帧内编码宏块的DC系数来完成对视频序列的加密，本发明方法在保证基本的文娱类视频应用安全需求的前提下，具有加密效率高、压缩比影响小和实时性强等特点，可应用于实时监控、视频直播、付费电视等视频领域；此外，在发明所提出的算法框架具有一定的伸缩性，即具体的加密操作和密钥流发生器可以根据安全性的需求而灵活改变，对于高安全性的加密需求，可以选择使用随机性好、复杂度高的其它加密算法来完成，以实现一个更好的密码学安全性。

主权项

一种基于帧内预测的MPEG‑4视频混沌加密方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：输入待压缩视频文件，设置I帧间隔参数为a，将待压缩视频文件分为I帧和P帧；所述的待压缩视频文件其色差格式为YUV，包括视频文件的亮度信息和色差信息；所述的色差格式YUV，其中，Y表示明亮度，也被称之为Y平面；而U和V表示的则是色度，其中，U表示偏向蓝色的颜色偏差，也被称之为U平面，V表示偏向红色的颜色偏差，也被称之为V平面；步骤2：利用Logistic映射确定混沌序列，公式如下： x i + 1 = | 1 - μ x i 2 | ( i = 1,2 , . . . , n ) - - - ( 1 ) 式中，xi+1表示xi迭代1次后产生的值，μ表示控制参数，且满足1.40115≤μ≤2，xi表示初值迭代i次后产生的值；公式（1）的量化公式为：ki=(xi×108)mod255        (2)式中，ki表示xi量化后的值；步骤3：加密I帧，方法为：步骤3.1：对于I帧，对其YUV三个平面的各个平面分别进行操作：逐行进行块遍历，并提取每个平面的自右向左的第一行和自上至下的第一列DC系数，存到数组D={d1，d2，…dn}中；步骤3.2：将步骤3.1中数组D中的所有元素映射到整数区间f(di)，公式如下：f(di)=di+K    (3)式中，正数区间f(di)的取值范围为[0,510]，其中，di∈D，K为一个常数，且K≥255；步骤3.3：对D中的数据进行加密，公式如下：ci=(di+ki+ci‑1)mod(N+1)    (4)式中，ci是加密后的密文，di是加密前的明文，ki是密钥发生器的输出，ci‑1是ci的前一个密文，N是映射到正数区间后数组D的值域上限，且满足N＝510；步骤3.4：将步骤3.3中得到的密文ci减去K，得到加密后的DC系数数列；步骤3.5：将加密后的数据写入其原始位置，如I帧加密结束，则执行步骤4，否则继续执行步骤3，直至所有I帧均加密成功；步骤4：加密P帧，方法为：步骤4.1：遍历P帧中所有块，并寻找帧内编码块，对每一个帧内编码块的DC系数采用如下公式进行加密：cpi=pi⊕ki    (5)式中，cpi是得到的密文，pi为明文，ki为由公式(1)和(2)生成的混沌序列；步骤4.2：将加密后的数据写入其原始位置，如P帧加密结束，则执行步骤5，否则，反复执行步骤4，直至所有P帧均加密成功；步骤5：将压缩加密编码后的数据写入到MPEG‑4视频文件中，压缩加密完成。