本发明涉及视频加解密
技术领域：
，具体来说是一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法及其加解密系统。
背景技术：
：随着互联网信息技术的快速发展，由于图像具有着信息量大、直观性强的特点，因而被广泛应用于各个行业中。图像的安全性问题一直是学者们研究的一项重要课题，于是加密解密技术作为图像处理技术中一项关键技术就变得尤其重要了。Office、RAR等软件都自带有加密、解密功能，但是这些软件附带的解密算法本身就有缺陷，在安全性和时效性方面仍存在不足，在网络上传输中也存在安全隐患，因而不适用于一些机密文件。为了防止黑客的恶意攻击和文件在网络传输中被窃取而造成泄密事件的发生，视频作为一种常见的传输文件，对其进行加密解密已经成为急需解决的一项技术问题。现阶段有很多研究人员针对图像/视频提出了不同的加密解密方法，并取得了一定的成功，但是很多方法算法复杂、效率不够高、不具有通用性，同时又加重了网络传输量。针对目前各种加密解密技术存在的局限性，在现有的硬件条件下，如何设计出一种简单、安全的加密解密方法已经成为当今急需解决的技术问题。技术实现要素：本发明的目的是为了解决现有技术中加解密技术效率低、算法复杂度高且网络传输不安全的缺陷，提供一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法及其加解密系统来解决上述问题。为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法，包括以下步骤：视频加密，分解视频以生成Mipmap链，对Mipmap链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编写，得到加密图像序列；视频解密，利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法对加密图像序列进行解密以获得解密后的图像序列，采用连分式插值方法重构出视频。所述的视频加密包括以下步骤：分解视频，对输入的视频I按帧进行分解，得到帧图像序列{I1,I2,…,Im}，其中m为视频的帧数；利用三次插值技术生成Mipmap图像链，通过三次插值方法对输入的帧图像序列进行下采样处理，得到Mipmap图像链；针对Mipmap图像链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行加密，从Mipmap链中选取出一组具有相同下采样尺寸的图像，采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，得到加密的帧图像序列。所述的利用三次插值技术生成Mipmap图像链包括以下步骤：采用三次插值的方法进行下采样处理，从帧图像序列{I1,I2,…,Im}中选取图像Ii,i＝1、2、…或m，并采用三次插值方法对图像Ii依次缩小2倍、22倍、…、2k倍，k＝1、2、…h，h为缩小的倍数指数，得到下采样图像构造Mipmap链，将图像Ii经过三次插值方法后的下采样图像构成一个Mipmap链其中，i表示选取的图像对应到图像序列的帧数，2、…、2k表示缩小的倍数；针对帧图像序列{I1,I2,…,Im}中的其他图像Ii，分别采用三次插值的方法进行下采样处理步骤和构造Mipmap链步骤，直至整个帧图像序列{I1,I2,…,Im}生成全部的Mipmap链，得到m个Mipmap链其中j＝1、2、…、m。所述的针对Mipmap图像链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行加密包括以下步骤：初步选取图像序列，从m个Mipmap链且j＝1,2,…,m中选取出具有相同缩小倍数的图像组成一个图像序列其中k初始值为1；间隔选取图像序列，对具有相同缩小倍数的图像序列选择位于奇数位的图像组成奇数图像序列采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成编码序列，对奇数图像序列采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，得到一组加密的帧图像序列对对k值加1，重复初步选取图像序列步骤、间隔选取图像序列步骤和采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成编码序列步骤，直至h个图像序列均生成加密的帧图像序列对所述的视频解密包括以下步骤：利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，对加密的帧图像序列对采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，得到解密后的图像序列；采用连分式插值方法重构出整个视频序列，对解密后的图像序列采用连分式插值方法进行帧间插值，重构出解密图像序列的相邻两帧图像的中间帧，得到整个视频序列。所述的利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密包括以下步骤：解码序列对的生成，根据下采样倍数k，将对应的加密帧图像序列对采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成解码序列对具体步骤如下：定义译码器序列对，其公式定义为：其中，Pr为概率密度；相邻帧图的解码，将加密的帧图像序列对相邻的帧图像采用译码器序列对公式两两进行解码，得到序列对即解码序列对解密图像序列的生成。由解码序列对评估出对应的图像序列，得到解密后的图像序列所述的采用连分式插值方法重构出整个视频序列包括以下步骤：采用连分式插值方法进行帧间插值，对解密后的图像序列采用一元连分式有理插值函数插值出所有相邻两幅图像的中间帧图像，即得到中间帧图像序列重组排列得到整个解密的视频序列，重新排序解密后的图像序列和重构出的中间帧图像序列得到解密的视频序列采用三次插值方法得到解密的视频，将整个解密的视频序列并结合收到的下采样倍数k，采用现有的三次插值方法放大处理，得到最终的视频序列。所述的采用连分式插值方法进行帧间插值包括以下步骤：第一幅帧图像的重建，取出解密后的图像序列中前三幅图像结合一元连分式有理插值函数插值出第一个中间帧图像具体步骤如下：计算中间帧图像在坐标点(y,z)的灰度值，获得三幅图像在坐标点(y,z)处的灰度值，其依次为结合一元连分式插值函数计算出该点的灰度值其计算如下：将一元连分式有理插值格式定义为：其中，是函数F(x)在点x0,x1,…,xi的逆差商，满足如下：φ[xi]＝F(xi),i＝0,1,2,…,m,构造的一元有理插值函数满足：Tm(xi)＝F(xi),i＝0,1,…,m；按照如上格式构造出中间帧在点(y,z)处的插值格式为：其中f0＝1,f1＝3,f2＝5,f表示该待插值的中间帧图像为图像序列的第几帧，fi表示该图像为图像序列的第几帧，是函数Of(y,z)在帧数点f0,f1,f2的逆差商，满足如下：构造的一元有理插值函数满足：令fi＝2，由如上公式计算出T(2)，该值为点(y,z)处的灰度值按照从上到下，从左到右的顺序，按照一元连分式插值函数计算出灰度值的方法依次计算出中间帧图像所有点的灰度值，并重构出中间帧图像其余帧图像的重建，按照从左到右的顺序，依次取出解密后的图像序列中连续相邻的三幅图像并结合一元连分式有理插值函数，采用第一幅帧图像的重建步骤的方法重构出后面所有的中间帧图像所述的采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成编码序列的方法为：将奇数图像序列中相邻的两个图像分别进行编码，得到编码序列对；其包括以下步骤：其编码器序列对定义为：假设输入序列中的任意两个图像Ii和的样本空间为Pn和Qn，其中n为Ii、Ij的维数，则Ii被编码为Ij被编码为分别组成的两个编码器序列对和定义为：其中和为整数值；采用编码器序列对定义的方法依次将图像序列中的两两相邻的图像进行编码，得到最后的编码器序列对一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法的加密系统，包括加密程序1和解密程序2；所述的加密程序1用于分解视频以生成Mipmap链，对Mipmap链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编写，得到加密图像序列；所述的解密程序2用于利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法对加密图像序列进行解密以获得解密后的图像序列，采用连分式插值方法重构出视频；所述的加密程序1包括视频分解程序11、Mipmap图像链生成程序12和Slepian-Wolf方法加密程序13，视频分解程序11用于对输入视频进行分解并传送给Mipmap图像链生成程序12，Mipmap图像链生成程序12用于对分解后的视频处理以获得下采样图像并生成Mipmap图像链并传送给Slepian-Wolf方法加密程序13，Slepian-Wolf方法加密程序13用于对Mipmap图像链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，产生加密图像序列；所述的解密程序2包括Slepian-Wolf方法解密程序21和视频序列重构程序22；所述的Slepian-Wolf方法解密程序21用于对加密图像序列利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，获得解密后的图像序列并传给视频序列重构程序22；视频序列重构程序22用于对解密后的图像序列采用连分式插值方法进行帧间插值，重构出解密图像序列的相邻两帧图像的中间帧，得到整个视频序列。有益效果本发明的一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法及其加解密系统，与现有技术相比提高了视频图像的安全性，适用于各类视频处理，压缩效率相比于其他压缩整个视频的方法更高，提高了处理的信息量，解决了其他现有技术算法复杂、压缩效率不够高、阻碍了网络传输等问题。附图说明图1为本发明的方法流程图；图2为本发明的系统连接原理图；图3为使用本发明所述方法加密后的图片；图4为使用文献[1]的方法对图3进行解密后的实验图；图5为使用文献[2]的方法对图3进行解密后的实验图；图6为使用本发明方法对图3进行解密后的实验图；其中，1-加密程序、2-解密程序、11-视频分解程序、12-Mipmap图像链生成程序、13-Slepian-Wolf方法加密程序、21-Slepian-Wolf方法解密程序、22-视频序列重构程序。具体实施方式为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：本发明所述的一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法及其加解密系统，在实际应用中分为加密发送方和解密接收方，即加密与解密。加密发送方通过三次插值方法得到输入视频序列下采样图像的一组Mipmap链，再通过最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码来得到编码序列对，即密文。解密接收方通过收到的密文采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，得到解码序列对，再通过连分式方法插值出视频序列中丢失的帧图像，并得到最终的视频序列。因此，加密发送方在发送过程中，并没有发送全部的视频帧，而采取了间隔取帧的方式，从而提高了网络传输的信息量。同时，为了保障文件传输过程中的安全性，采用了图像压缩并加密交叠的方式，即先进行图像的下采样处理，再采用加密方法进行加密，这种处理方式在网络传输中更加具有安全性，同时也可以延长传感器的网络寿命。解密接收方收到密文的同时，通过接收(或预先约定)的下采样尺寸，在解密的过程中，采用加密逆向的方式处理。先对密文解密，然后进行上采样。由于解密后的图像并非完整的视频，重构中间的帧图像就变得尤其重要了。传统的取两帧图像均值的方法虽然简单，但是重建的图像模糊。针对这一特征，提出了基于连分式插值的方法来处理，这种非线性插值技术更适合帧与帧之间的非线性特征，经过大量的实验证明，连分式插值方法重构的帧图像更接近原始图像，并且细节清晰。如图1所示，本发明包括以下步骤：第一步，视频加密。分解视频以生成Mipmap链，对Mipmap链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编写，得到加密图像序列。其具体步骤如下：(1)分解视频，将视频分解成多个帧图像。对输入的视频I按帧进行分解，得到帧图像序列{I1,I2,…,Im}，其中m为视频的帧数。(2)利用三次插值技术生成Mipmap图像链，通过三次插值方法对输入的帧图像序列进行下采样处理，得到Mipmap图像链。其具体步骤如下：A、采用三次插值的方法进行下采样处理。从帧图像序列{I1,I2,…,Im}中选取图像Ii,i＝1、2、…或m，并采用三次插值方法对图像Ii依次缩小2倍、22倍、…、2k倍，k＝1、2、…h，h为缩小的倍数指数，得到下采样图像B、构造Mipmap链。将图像Ii经过三次插值方法后的下采样图像构成一个Mipmap链其中，i表示选取的图像对应到图像序列的帧数，2、…、2k表示缩小的倍数。C、针对帧图像序列{I1,I2,…,Im}中的其他图像Ii，分别采用三次插值的方法进行下采样处理步骤和构造Mipmap链步骤，直至整个帧图像序列{I1,I2,…,Im}生成全部的Mipmap链，得到m个Mipmap链其中j＝1、2、…、m。(3)针对Mipmap图像链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行加密。从Mipmap链中选取出一组具有相同下采样尺寸的图像，采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，得到加密的帧图像序列。其具体步骤如下：A、初步选取图像序列。从m个Mipmap链且j＝1,2,…,m中选取出具有相同缩小倍数的图像组成一个图像序列其中k初始值为1。B、间隔选取图像序列，选择其奇数位或偶数位均可。对具有相同缩小倍数的图像序列选择位于奇数位的图像组成奇数图像序列C、采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成编码序列。对奇数图像序列采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，得到一组加密的帧图像序列对其具体方法为：将奇数图像序列中相邻的两个图像分别进行编码，得到编码序列对；a、其编码器序列对定义为：假设输入序列中的任意两个图像Ii和的样本空间为Pn和Qn，其中n为Ii、Ij的维数，则Ii被编码为Ij被编码为分别组成的两个编码器序列对和定义为：其中和为整数值；b、采用编码器序列对定义的方法依次将图像序列中的两两相邻的图像进行编码，得到最后的编码器序列对D、对k值加1，重复初步选取图像序列步骤、间隔选取图像序列步骤和采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成编码序列步骤，直至h个图像序列均生成加密的帧图像序列对至此，产生相应的加密图像序列，解密图片如图3所示。第二步，视频解密。利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法对加密图像序列进行解密以获得解密后的图像序列，采用连分式插值方法重构出视频。其具体步骤如下：(1)利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密。对加密的帧图像序列对采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，得到解密后的图像序列。A、解码序列对的生成，根据下采样倍数k(下采样倍数k从发送方获取或约定取得)，将对应的加密帧图像序列对采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法生成解码序列对具体步骤如下：a、定义译码器序列对，其公式定义为：其中，Pr为概率密度；b、相邻帧图的解码，将加密的帧图像序列对相邻的帧图像采用译码器序列对公式两两进行解码，得到序列对即解码序列对B、解密图像序列的生成。由解码序列对评估出对应的图像序列，得到解密后的图像序列(2)采用连分式插值方法重构出整个视频序列。对解密后的图像序列采用连分式插值方法进行帧间插值，重构出解密图像序列的相邻两帧图像的中间帧，得到整个视频序列。其具体步骤如下：A、采用连分式插值方法进行帧间插值，对解密后的图像序列采用一元连分式有理插值函数插值出相邻两幅图像的中间帧图像。其包括以下步骤：a、第一幅帧图像的重建。取出解密后的图像序列中前三幅图像结合一元连分式有理插值函数插值出第一个中间帧图像具体步骤如下：计算中间帧图像在坐标点(y,z)的灰度值，获得三幅图像在坐标点(y,z)处的灰度值，其依次为结合一元连分式插值函数计算出该点的灰度值其计算如下：将一元连分式有理插值格式定义为：其中，是函数F(x)在点x0,x1,…,xi的逆差商，满足如下：φ[xi]＝F(xi),i＝0,1,2,…,m,构造的一元有理插值函数满足：Tm(xi)＝F(xi),i＝0,1,…,m；按照如上格式构造出中间帧在点(y,z)处的插值格式为：其中f0＝1,f1＝3,f2＝5,f表示该待插值的中间帧图像为图像序列的第几帧，fi表示该图像为图像序列的第几帧，是函数Of(y,z)在帧数点f0,f1,f2的逆差商，满足如下：构造的一元有理插值函数满足：令fi＝2，由如上公式计算出T(2)，该值为点(y,z)处的灰度值按照从上到下，从左到右的顺序，按照一元连分式插值函数计算出灰度值的方法依次计算出中间帧图像所有点的灰度值，并重构出中间帧图像b、其余帧图像的重建，按照从左到右的顺序，依次取出解密后的图像序列中连续相邻的三幅图像并结合一元连分式有理插值函数，采用第一幅帧图像的重建步骤的方法重构出后面所有的中间帧图像B、得到全部丢失的图像序列，使用连分式插值方法进行帧间插值方法，直到解密后的图像序列对中所有的中间图像都重构出，得到重构出的全部图像序列C、重组排列得到整个解密的视频序列，重新排序解密后的图像序列和重构出的中间帧图像序列得到解密的视频序列D、采用三次插值方法得到解密的视频，将整个解密的视频序列并结合收到的下采样倍数k，采用三次插值方法放大处理，得到最终的视频序列。如图2所示，在此还提供一种基于Slepian-Wolf技术的视频加解密方法的加密系统，其包括加密程序1和解密程序2。加密程序1用于分解视频以生成Mipmap链，对Mipmap链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编写，得到加密图像序列。解密程序2用于利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法对加密图像序列进行解密以获得解密后的图像序列，采用连分式插值方法重构出视频。加密程序1包括视频分解程序11、Mipmap图像链生成程序12和Slepian-Wolf方法加密程序13，视频分解程序11用于对输入视频进行分解并传送给Mipmap图像链生成程序12，Mipmap图像链生成程序12用于对分解后的视频处理以获得下采样图像并生成Mipmap图像链并传送给Slepian-Wolf方法加密程序13，Slepian-Wolf方法加密程序13用于对Mipmap图像链采用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行编码，产生加密图像序列。解密程序2包括Slepian-Wolf方法解密程序21和视频序列重构程序22，Slepian-Wolf方法解密程序21用于对加密图像序列利用最大后验概率的Slepian-Wolf方法进行解密，获得解密后的图像序列并传给视频序列重构程序22；视频序列重构程序22用于对解密后的图像序列采用连分式插值方法进行帧间插值，重构出解密图像序列的相邻两帧图像的中间帧，得到整个视频序列。为了能够抵御穷举攻击，需要有足够大的密钥空间，在此，我们将本发明的方法和其他文献[1][2]的方法进行了密钥空间的对比，其对比结果见表1。表1本发明方法和文献[1][2]方法的密钥空间对比表算法密钥空间文献[1]1081文献[2]1053本系统方法10109从表中对比数据可以发现本系统方法相比于其他两种方法具有更大的密钥空间，即意味着本系统的方法抗攻击能力更强。同时，通过解密图像的效果比对也可以得出本系统方法具有更好的优化和提升。如图4、图5和图6所示，采用本发明的方法进行解密后，解密后的图像效果明显要比文献[1](图4)文献[2](图5)的方法有更大程度的提升，图像更清晰，视觉效果要更好。如上实验所比较的方法详见文献[1]、文献[2]：[1]ZhangQ,LiuL,WeiX.ImproveralgorithmforimageencryptionbasedonDNAencodingandmultichaoticmaps,IntJElectronCommun(AEU),2014,68:186-192.[2]YangH,WongKW,LiaoX,ZhangW,etal.Afastimageencryptionandauthenticationschemebasedonchaoticmaps,CommunNonlinearSciNumberSimul,2010,15:3507-3517.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。当前第1页1 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