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专利号: 2020111308581
申请人: 山东科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 电通信技术
更新日期:2024-08-26
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于级联混沌技术的视频图像加密方法:其特征在于,所述方法包括:步骤S1、利用级联混沌映射构建密钥空间;

步骤S2、直接读取计算机磁盘中已有的视频文件,或者调用摄像头采集视频图像,获取M×M其每一帧的图像序列,对原图像进行压缩,得到大小为M×M的图像,记为明文序列Y ;视频M×M M图像的加密需要对图像按通道进行分解,获取R、G、B三个通道的分量,分别记为RY 、GY×M M×M、BY ;

步骤S3、通过对步骤S2获取的视频图像分量序列进行置乱,扩散等操作完成加密流程;

步骤S4、对步骤S3生成的密文分量进行逆扩散置乱恢复等操作完成解密流程;

所述步骤S1进一步包括以下步骤:

步骤S11、一维平方映射为: 式中:a和b为控制参数,a∈[5,+∞],b∈[‑1,1];x∈[‑1,1];logistic混沌映射为:xn+1=uxn(1‑xn),式中:控制参数u∈[0,

4],x∈[0,1];为了能使Logistic映射与一维平方映射级联成立,即两个混沌映射的值域相同,对一维平方映射进行改进,改进后的一维平方混沌为: 式中:a和b为控制参数,a∈[5,+∞],b∈[‑1,1];x∈[0,1];将logistic混沌映射与改进后的一维平方映 射相级联 ,生成级联混沌 ,记为L‑S级联映射,其混沌方程为:其中a,b和u为控制参数,取a=10,b=

0.9,u=4,初值x0设为0.66,循环迭代1亿次,得到1亿个随机数x(i);

步骤S12、改进的切比雪夫多项式y(i+1)=|(cos(key×arccos(y(i)))|,其中参数key取5,初值y(0)取0.25,循环迭代1亿次,得到1亿个随机数y(i);

步骤S13、对比步骤S11中的x(i)和步骤S12中的y(i),当x(i)≥y(i)时,将x(i)的值保存到数组S中,由此可生成混沌序列{S(i),i=1,2…M1};

步骤S14、采用排序函数sort将此序列进行升序排列,可得到密钥序列{Z(i),i=1,2…M1},并用序列{I(i),i=1,2…M1}记录下原混沌序列S(i)中各元素的位置,计算公式为:Z(i)=S[I(i)];

所述步骤S3进一步包括以下步骤:

步骤S31、将图像序列分量按照步骤S1密钥序列{Z(i),i=1,2…M}的生成规律而变化,M×M M×M M×M M从而对图像置乱,置乱序列分别记为RY1 、GY1 、BY1 ;若RY(i,j)、RY1(i,j)分别为RY×M M×M、RY1 中i行j列的元素值,即各自序列中的第M(i‑1)+j个元素,满足:RY1(i,j)=RY(m,n),若记k=M(i‑1)+j,则m=floor[I(k)/M]+1,n=mod[I(k)/M],其中floor和mod分别为取整和求余函数;

步骤S32、将步骤S14中的密钥序列{Z(i),i=1,2…3M}分成密钥块C1,C2,C3;其中Ci(1≤i≤3)为M×M的方阵;

步骤S33、记扩散相乘后各通道的加密块分别为RY11、GY11、BY11;计算公式为:步骤S34、步骤S33完成了对R、G、B三个通道的加密,将三个通道的加密图像整合即可得到最终的加密后的彩色图像,计算公式为:Y=cat[3,RY11,GY11,BY11],式中:cat为组合函数,可将灰度图像组合成彩色图像;对获取的每一帧图像均进行同样的操作,即完成了对视频数据流的加密,加密结束;

所述步骤S4进一步包括以下步骤:

步骤S41、将步骤S34中的加密后的每一帧图像按R、G、B三个通道进行分解,可得到各通道的加密块分别为RY11、GY11、BY11,再对其进行扩散恢复,计算公式为:步骤S42、用排序函数对步骤S14中的序列I(i)进行升序排列,并用{II(i),i=1,2…M1}记录下原排序序列I(i)中元素的初始位置,通过II(i)可将置乱后的各通道的图像序列恢M×M M×M复,若RY(i,j)、RY1(i,j)分别为RY 、RY1 中i行j列的元素值,即各自序列中的第M(i‑1)+j个元素,满足:RY(i,j)=RY1(m,n),若记k=M(i‑1)+j,则m=floor[II(k)/M]+1,n=mod[II(k)/M],其中floor和mod分别为取整和求余函数;

M×M M×M M×M

步骤S43、将R、G、B三个通道的分量RY 、GY 、BY 进行组合,得到最终的图像,每一帧加密图像均按相同的操作进行解密,即得到最终的解密后的视频数据流,解密完成。