Ｉ 一 …………………………一 基于局域网的混沌视频加密研究与实现 Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ Ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｈａｏｔｉｃ Ｖｉｄｅｏ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＬＡＮ 广东工业大学Ｕ Ｌｉ—ｍｉｎｇ．ＹＵ Ｓｉ—ｍｉｎ 李黎明 禹思敏 （Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ。５１０００６） 【摘要】提出了在嵌入式平台上实现混沌视频保密通信的新方式，将基于Ｈ ２６４的视频编解码器移植到Ｃｏｒｔｅｘ—Ａ８ ＡＲＭ开发板上，利用Ｈ ２６４编码器对已经混沌加密的视频 进行压缩，再通过局域网传输到另一块ＡＲＭ开发板上进行解码和解密。实验结果证明：该系统不但加密效果好，而且也能快速可靠地传输，满足了实时视频加密通信的要 求。 【关键词】ＡＲＭ；混沌加密；Ｈ ２６４；局域网 Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｅｓｅｎｔｓ ａ ｎｅ％ｖ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｎｇ ｃｈａｏｔｉｃ ｖｉｄｅｏ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ Ｏｎ ｅｍｂｅｄｄｅｄ ｓｙｓｔｅｍ，ｗｈｉｃｈ ｔｒａｎｓｐＪａｎｔｓ ｔｈｅ Ｈ ２６４ ｃｏｄｅｃ ｔｏ Ｃｏｒｔｅｘ Ａ８ ＡＲＭ ｂｏａｒｄ Ｔｈｅ ｃｏｄｅｃ ｉｓ ｕｓｅｄ ｔＯ ｃｏｍｐｒｅｓｓ ｅｎｃｒｙｐｔｅｄ ｖｉｄｅｏ ｄａｔａ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ ｔＯ ａｎｄ ｄｅｃｒｙｐｔｅｄ Ｏｎ ａｎｏｔｈｅｒ ＡＲＭ ｂｏａｒｄ．Ｒｅｓｕｌｔ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｔｒａｎｓｆｅｒｓ ｅｎｃｒｙｐｔｅｄ ｖｉｄｅｏｓ ｑｕｉｃｋｌｙ ａｎｄ ｒｅｌｉａｂｌｙ，， ａｎｄ ｍｅｅｔｓ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｒｅａｌ—ｔｉｍｅ ｖｉｄｅｏ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＲＭ；Ｃｈａｏｔｉｃ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ；Ｈ２６４；ＬＡＮ 近年来，随着视频会议，ＩＰＴＶ视频邮件等 数字视频业务的迅猛发展，视频流的安全问题 正受到越来越多的关注…。现有的视频加密传 输系统大都采用传统密码学中的加密方案进行 １．系统设计 １＿１嵌入式软件平台设计 叉编译环境下进行。首先，在运行Ｌｉ ＦｌＵＸ操作 系统的宿主机上搭建交叉编译环境，接下来将 引导加载程序、Ｌｉｎｕｘ内核、文件系统的可执 行映像依次存放在系统的存储设备上。 １．２嵌入式硬件设计 软件加密并网络传输，而现在的视频实时监控 也已经从传统模拟集中监控方式转变为数字化 视频监控 。混沌系统由于具有对初始条件和 系统参数的极端敏感性，以及混沌序列长期演 化结果的不可预测性，使得混沌系统极具密码 学应用价值。基于混沌理论的图像及视频加密 方案得到了迅速的发展。混沌密码主要分为两 大类，即，混沌流密码和混沌块密码。其中混 沌块密码的加密方案往往要反复迭代多次才能 达到较好的加密效果，导致加密速度下降，而 流密码则加密速度比较快。但是有的混沌流密 码往往因为使用的混沌系统过于简单而安全性 不高，需要进一步的改进…。 本文提出了一种基于猫映射和改进Ｗａｎｇ— Ｃｈｅｎ算法混合流密码加密的方案，利用Ｗａｎｇ— Ｃｈｅｎ算法产生的混沌序列对视频帧ｙ分量进行 加密，利用猫映射的拉伸与折叠对视频帧ｕ、 ｖ分量进行数据置乱，从而实现对每一帧原始 视频图像的加密，然后对加密后的视频流通过 Ｈ．２６４编码器压缩，从而获得较低比特流的视 频数据，方便数据的传输。 大小得出ｓｄ的值是０还是１．最终达到载体像素 调整的目的，防止嵌入数据后发生数据溢出。 在运算时会产生辅助信息，此辅助信息将与秘 密数据一起构成嵌入信息，并且此辅助信息将 作为数据提取端的载体图像恢复时的依据。 （３）通过（２．２）式与（２．３）式把嵌入信息嵌 入到载体图像中，（２．３）式是将嵌入数据后的 本文的视频保密通信系统采用ｃ／ｓ（客户一 服务器）架构，如图卜１所示。服务器端和客户 端都采用嵌入式系统，其硬件主要分两部分： 服务器端完成视频的混沌加密，以及视频的编 码；客户端完成视频的解码，以及混沌解密。 这两个硬件部分通过路由器实现网络连接。 ２．混沌加密原理 ２．１猫映射加密算法 猫映射的数学表达式如下： 客户端 Ｌ ｌ＝Ａ （ｏｒｏｄ １） ｎ ｌ＿ Ｌ ｎ－ ｒ１ １１ （１） 图１—１ Ｏ／Ｓ（客户一服务器）架构 本文使用的是由广州友善之臂公司设计的 Ｔｉｎｇ２１０Ｖ２开发板，处理器为基于Ｃｏｒｔｅｘ—Ａ８架 构的三星Ｓ５ＰＶ２１０。Ｓ５ＰＶ２１０处理器系统开发的 软硬件平台能满足服务器的高处理速度和大存 储量的要求，并采用高压缩率的Ｈ．２６４图像编 码格式，其较高的压缩率能解决视频数据量大 这一网络多媒体系统开发的瓶颈。嵌入式系统 开发通常由宿主机目标板结合开发，合并在交 Ｇｒｅｅｎｓ（５００×３００）图像，用ＯＲＬ人脸库的八张图 像作为秘密图像。 本算法对嵌入数据后载体图像质量下降的 评价方法采用的是通用的ＰＳＮＲ值进行。 ２．效果分析 表３ １本算法和文献［４］［５］ 在相同阀值Ｔ＝２下嵌入率与ＰＳＮＲ值的比较 Ｅｍｂ ｒａｔｅ／ｂｐｐ Ｒ Ｐ ＳＮＲ／ｄｂ Ｂ Ｐ ＳＮＲ／ｄｂ １ｍａｇｅｓ ＧｒｅｅｎｓＩ Ｐｅａｒｓ ＧｒｅｅｎＳｌ ＰｅａｒＳ Ｇｒｅｅｎｓｌ Ｐｅａｒｓ 文献［４ ０．６７００ｌ０ ６０１０ ５０ １２ｌ ４９．６８ ５０ ７８ ｌ ５Ｏ Ｏ２ 其中：Ａ＝１ Ｌ １ ｍｏｄ ｌ表示只取实数的 小数部分。为将猫映射用于加密，需要对它进 行适当处理。首先将猫映射扩展到矩阵，并进 行离散化，有： ＬＪ ｎ＋１：ｌＪ Ａｎｘｎｌ（ｏｒｏｄ Ｎ） Ｌ一 ｕ （２］ 在实际视频加密中，为让视频加密效果 更好，需要经过Ｎ次迭代计算完成Ｎ阶猫映射算 四、结束语 本文提出的二次差值算法是基于Ｔｉａｎ差值 扩展的，为了更具有适用性，采用彩色图像进 行实验。经过实验数据对比分析，本算法的嵌 入率在对载体图像较小损失的情况下有很大提 高，明显优于其他一些算法，因此本算法是具 有一定的适用价值。 参考文献 ［１孙锐，１】孙洪数字图像信息隐藏技术【ｑ武汉：武汉大学 出版社，２００１，５ 差值变化修改到载体图像中。 ４．数据提取 （１）在数据提取端提取数据。首先从数据发 送端取得ＲＢ两个灰度分量分别进行差值运算， 文献［５： ０．７１Ｏ０ｌ０ ６２２０ ５０．１３ｌ ４９．３０ ５０．７７ｌ ４９．７６ 再用两个差值做差运算求得二次差值ＡＣＺ。 （２）在一２Ｔ≤△ＣＺ≤２Ｔ＋１范围内，用ｉｎｆｏ ＝ ｌｓｂ（ａｂｓ（△ＣＺ））提取嵌入信息，并分离出辅助信 息和秘密信息。并用ＡＣＺ＝（Ａｃｚ ）／２求得 初始差值。 本算法 ０．８１２０ｌ０．８０１０ ５０．１２ｌ ４９．１２ ５０．４５ｌ ４９．６７ ［２］杨玉平，陈勇，尹丽花基于坐标轴的双重置乱数字 图像隐藏算法与实现［７】重庆电子工程职业学院学 报，２０１１，５（３）：１４９—１ ５１ 在实验进行时，为了减少所选秘密图像 的特殊性带来的误差，所以在选择秘密图像时 （３）用（２）中得到的差值通过（２．４）式修改 载体图像。 （４）用（２．５）式结合辅助信息恢复原始的载 体图像。 三、实验结果与分析 Ｌ人脸库 如图卜３所示，在实验过程中，我们采 用的仿真工具是ｍａｔｌａｂ７．０，载体图像采用了 ｍａｔ１ａｂ７．０中自带的Ｐｅａｒｓ（７３２×４８６）图像和 ５８一电子世界 ３］ＴＩＡＮ Ｊｕｎ Ｒｅｖｅｒｓｉｂｌｅ ｄａｔａ ｅｍｂｅｄｄｉｎｇ ｕｓｉｎｇ ａ ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ 是从ＯＲＬ人脸库中随机选择的八张图像，通过 ［ｉｏｎ［Ｊ］ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎ Ｏｎ ｃｉｒｃｕｉ ｔＳ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ ｆｏｒ 采用本算法和文献［４］、文献［５］的算法嵌入到 ｅｘｐａｎｓｄｅｏ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２００３，１ ３（８）：８９０ ８９６ Ｇｒｅｅｎｓ和Ｐｅａｒｓ载体图像中，表３．１所列数据是 Ｖｉ Ｉ４Ｉ祝玉新 星明，杨恒伏基于ＨａａｒｄＸ波的彩色图像可 八张图像嵌入后所得到的平均数据。 从表３．１中可以看出本算法的嵌入率是比 文献［４］和文献［５］的嵌入率都要高，而通过对 ＲＢ两个分量的ＰＳＮＲ值对比来看，本算法的ＰＳＮＲ 逆水印算法【ＪＪ计算机应用研究，２００７，２４（６）：１６５—１６９ ［５］周璐，胡永健，曾华飞用于矢量数字地图的可逆数据 隐藏算法＿ＪＪ计算机应用，２００９，２９（４）：９９０—９９３ 作者简介：杨玉平（１９８４），男，重庆人，硕士研 究生，重庆电子工程职业学院计算机学院讲师，研究 方向：图字图像、信息安全。 值只比文献［４］和文献［５］的ＰＳＮＲ值稍小一点； 可以看出嵌入率的提高数值远Ｅ￣ＰＳＮＲ值下降数 值高很多，可以说是在损失少量的载体图像质 量的情况下，较大地提高了嵌入率。