CN105744294A - 一种手机实现的视频混沌保密通信方法 - Google Patents

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Abstract

一种手机实现的视频混沌保密通信方法，通过视频保密通信***进行，视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端；视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，实现对视频数据的实时采集并进行颜色空间转换后，送到加密模块进行混沌加密，将加密后的视频数据进行压缩后传送到手机视频客户端。手机视频客户端通过HTTP协议连接到视频服务器端并接收加密视频数据；将接收到的加密视频数据进行JPEG解压；对解压后的视频数据进行混沌解密；同时将解压和解密后的视频数据显示在同一屏幕上。本发明能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，保密性好，适用性强。

Description

一种手机实现的视频混沌保密通信方法
技术领域
本发明涉及视频保密通信技术领域，具体是一种手机实现的视频混沌保密通信方法。
背景技术
随着智能手机的普及，智能手机已经成为一种人们不可或缺的日常用品。通过智能手机实时进行的视频传输功能，给人们的信息接收带来了很大方便。然而，随着智能技术的不断发展，视频通讯中的隐私保护问题也日益被重视，通信内容需要进行加密保护。
现有技术中的视频通讯保护方式往往配置复杂，成本较高。结构简单的而保密性能又无法达到要求。
因此，针对现有技术不足，提供一种手机实现的视频混沌保密通信方法以克服现有技术不足甚为必要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种手机实现的视频混沌保密通信方法，能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，具有保密性好，适用性强的特点。
本发明的上述目的通过如下技术手段实现：
一种手机实现的视频混沌保密通信方法，通过视频保密通信***进行，所述视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端；
视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，视频服务器端进行如下操作：
SA.视频采集模块完成视频的实时采集并将所采集的视频数据传送至预处理模块；
SB.预处理模块对视频采集模块输送的视频数据进行预处理，完成颜色空间的转换后传送至加密模块；
SC.加密模块对预处理模块输送的视频数据进行混沌加密后传输到压缩模块；
SD.压缩模块完成对混沌加密后的加密视频数据进行压缩，并传送至传输模块；
SE.传输模块将压缩后的加密视频数据实时传输至手机视频客户端；
手机视频客户端进行如下操作：
RA.手机视频客户端连接到视频服务器并实时获取加密视频数据；
RB.对视频数据进行预处理，完成解码解密；
RC.显示模块对解码解密后的视频数据显示在屏幕上。
上述步骤SC中，混沌加密方式是采用五维扩展后的双尺寸矩形混沌映射进行加密的。
上述步骤SB中的完成颜色空间转换具体是将YUV420格式数据转换为RGB32格式。
上述步骤SD中的压缩方式为JPEG压缩编码。
上述步骤SE中的传输方式为经WIFI信号接入广域网中传输。
上述步骤RA中所采用的连接方式为HTTP连接。
上述步骤RB中所采用的解码方式为JPEG解码，所采用的解密方式为混沌反映射解密。
上述步骤RC中显示模块将解码后的加密视频数据和解码解密后的解密视频数据同时显示在同一屏幕上。
上述视频服务器为能够支持10台手机视频客户端通信的视频服务器。
本发明的一种手机实现的视频混沌保密通信方法，通过视频保密通信***进行，视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端；视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，实现对视频数据的实时采集并进行颜色空间转换后，送到加密模块进行混沌加密，将加密后的视频数据进行压缩后经WIFI信号接入广域网中传送到手机视频客户端。手机视频客户端接收加密视频数据并进行解压，对解压后的视频数据进行混沌解密，同时将解压和解密后的视频数据显示在同一屏幕上。本发明能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，具有保密性好，适用性强的特点。
附图说明
利用附图对本发明作进一步的说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为本发明一种手机实现的视频混沌保密通信方法的流程图；
图2为本发明实施3中MJPG-Streamer的工作流程图；
图3为本发明实施3中AndroidAPP手机视频客户端的软件流程图。
具体实施方式
实施例1。
一种手机实现的视频混沌保密通信方法，通过视频保密通信***进行，视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端。
视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，实现对视频数据的实时采集并进行颜色空间转换后，送到加密模块进行混沌加密，将加密后的视频数据进行压缩后经WIFI信号接入广域网中传送到手机视频客户端。视频服务器为能够支持10台手机视频客户端通信的视频服务器。
手机视频客户端接收加密视频数据并进行解压，对解压后的视频数据进行混沌解密，同时将解压和解密后的视频数据显示在同一屏幕上。
当进行视频通讯时，视频服务器端进行如下操作：
SA.视频采集模块完成视频的实时采集并将所采集的视频数据传送至预处理模块；
SB.预处理模块对视频采集模块输送的视频数据进行预处理，完成颜色空间的转换后传送至加密模块；
SC.加密模块对预处理模块输送的视频数据进行混沌加密后传输到压缩模块；
SD.压缩模块完成对混沌加密后的加密视频数据进行压缩，并传送至传输模块；
SE.传输模块将压缩后的加密视频数据实时传输至手机视频客户端。
手机视频客户端进行如下操作：
RA.手机视频客户端连接到视频服务器并实时获取加密视频数据；
RB.对视频数据进行预处理，完成解码解密；
RC.显示模块对解码解密后的视频数据显示在屏幕上。
其中，步骤SC中，混沌加密方式是采用五维扩展后的双尺寸矩形混沌映射进行加密的。步骤SB中的完成颜色空间转换具体是将YUV420格式数据转换为RGB32格式。步骤SD中的压缩方式为JPEG压缩编码。步骤SE中的传输方式为经WIFI信号接入广域网中传输。
步骤RA中所采用的连接方式为HTTP连接。步骤RB中所采用的解码方式为JPEG解码，所采用的解密方式为混沌反映射解密。步骤RC中显示模块将解码后的加密视频数据和解码解密后的解密视频数据同时显示在同一屏幕上。
本实施例的手机实现的视频混沌保密通信方法，通过视频保密通信***进行，视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端；视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，实现对视频数据的实时采集并进行颜色空间转换后，送到加密模块进行混沌加密，将加密后的视频数据进行压缩后经WIFI信号接入广域网中传送到手机视频客户端。手机视频客户端接收加密视频数据并进行解压，对解压后的视频数据进行混沌解密，同时将解压和解密后的视频数据显示在同一屏幕上。本发明能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，具有保密性好，适用性强的特点。
实施例2。
一种手机实现的视频混沌保密通信方法，其它特征与实施例1相同，还具有如下详细的混沌加密方式。
步骤SC的混沌加密方式具体为：
SC1.建立二维双尺度矩形映射：
......式1；
式1，正整数M和N分别为矩形图像的高度和宽度，aij≥0(1≤i,j≤2)；
进一步的研究结果表明，在上式中:
设gcd(M,N)＝P，L1＝M/P，L2＝N/P，如果(a12modL1)＝0和(a21modL2)＝0中至少有一个成立，并且能够同时满足|A2|＝a11a22-a12a21＝1，gcd(a11a22-a12a21,P)＝1，gcd(a11,L1)＝1，gcd(a22,L2)＝1，那么，判定二维双尺度矩形映射能够满足1-1映射的充分必要条件；式中gcd表示求最大公约数，mod表示求模运算。
根据二维双尺度矩形映射表达式和满足1-1映射的充分必要条件，可得矩阵A2中各个元素a11,a12,a21,a22。其具体算法如下：
SB2.对二维双尺度矩形进行高维扩展,得n维离散混沌映射的数学表达式:
......式2；
式中N1×N2×…×Nn＝M×N，n阶矩阵An的构造准则为：
......式3；
其中变换子矩阵Tij的一般数学表达式为：
......式4；
上式中a11,a12,a21,a22为满足二维双尺度矩形1-1映射的任意一组适当的参数值。
因此得n维混沌映射算法2为：
根据算法2，得置换前视频像素顺序号index(index＝1,2,3,…)的数学表达式为：
置换后，对应每个顺序号index(index＝1,2,3,…)的位置映射为：
SC3.加密运算：选取视频图像尺寸为M×N，令N1,N2,N3…Nn，满足N1×N2×N3×…×Nn＝M×N。在发送端，结合算法2，得视频信号的混沌加密算法3的一般数学表达式为:
式中E(xe,ye)表示加密后的视频数据，O(xo,yo)表示原始的视频数据。
通过该加密方式，能够将视频数据以混沌加密的方式加密后传输，具有安全性高的特点。
本发明的手机实现的视频混沌保密通信方法，能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，具有保密性好，适用性强的特点。
实施例3。
以一具体实例对本发明作进一步说明。
采用如下硬件配置作为本发明一种手机实现的视频混沌保密通信方法的硬件：用一块Super4412的ARM板作为发送端，用两台Android智能手机作为接收端，采用HTTP协议作为双方通信的基础，根据手机客户端的显示效果判断使得密钥参数呈匹配状态。
在视频服务器端，首先将MJPG-Streamer-r182.1移植到型号为Super4412的ARM开发板上。其次，通过修改MJPG-Steamer中的源代码，利用高维混沌映射对RGB格式的视频进行位置置乱，实现视频实时采集、混沌加密、JPEG压缩和WIFI传输。具体工作流程如图2所示。在图2中，首先分析输入的启动命令行选项配置，若每个配置都有效，则进行全局变量、互斥锁和条件锁的初始化，注册MJPG-streamer退出信号，其次对输入进行初始化，包括对USB摄像头的格式、帧、请求buf、队列buf等的一些设置。然后，对输出的一些结构体进行初始化，创建线程获取图像数据，进行图像格式转换。最后，采用高维映射实现混沌加密，将加密后图像进行JPEG压缩。
在视频服务器端，对于每一个连接请求都要创建一个线程单独与这个请求进行通信，将压缩后的加密视频流通过无线信道发送到每一个接收端。
在手机客户端，采用Android手机接收混沌加密后的视频信号，从而在AndroidAPP上完成对加密视频信号的混沌解密，，主要功能包括以下几个方面：(1)完成登录界面和显示界面的设计；(2)通过HTTP协议连接到MJPG-streamer；(3)接收视频服务器发送过来的加密视频信号；(4)将解密后的视频信号显示到屏幕上。
AndroidAPP软件流程图如图3所示。根据图3，首先将Android手机的WIFI打开，当连接到无线路由器发射的WIFI信号之后，然后再打开APP，APP通过指定IP地址与端口号连接到采集加密端，接收加密和压缩后的视频信号并对其进行解密，分别用两个继承SurfaceView的MjpegView显示在同一个屏幕中，其中屏幕的上半部分显示接收到的视频加密信号，屏幕的下半部分则显示解密后的视频信号。
利用上述的硬件配置，实现视频保密的通信。该手机实现的视频混沌保密通信方法，当进行视频通讯时，视频服务器端按照如下步骤进行：
SA.视频采集模块完成视频的实时采集并将所采集的视频数据传送至预处理模块。
SB.预处理模块对视频采集模块输送的视频数据进行预处理，完成颜色空间的转换后传送至加密模块，完成颜色空间转换具体是将YUV420格式数据转换为RGB32格式。
SC.加密模块对预处理模块输送的视频数据进行混沌加密后传输到压缩模块。
其中，步骤SC的混沌加密过程为：
首先，设双尺度矩形图像高度为M＝240，宽度为N＝320。得满足1-1映射充分必要条件的a11,a12,a21,a22共有23530组，此处仅列出了其中的几组，如表1所示。
表1双尺度矩形图像高度为M＝240宽度为N＝320的几组a11,a12,a21,a22
然后，采用了5维混沌映射对视频信号进行混沌加密，选取满足二维双尺度矩型的映射参数为a11＝8，a12＝15，a21＝9，a22＝17进行5维扩展，并令n＝5，得：
选取视频图像尺寸为M×N＝240×320，令N1＝5,N2＝16,N3＝4,N4＝12,N5＝20，满足N1×N2×N3×N4×N5＝M×N，得视频信号的混沌加密算法数学表达式为：
式中O(xo,yo)表示原始的视频数据，E(xe,ye)表示加密后的视频数据，其中xn,k+1(i)为：
SD.压缩模块完成对混沌加密后的加密视频数据进行压缩，压缩方式为JPEG压缩编码，并传送至传输模块。
SE.传输模块将压缩后的加密视频数据实时传输至手机视频客户端。
手机视频客户端接收传输模块输送的加密视频数据，具体通过如下步骤进行：
RA.手机视频客户端连接到视频服务器并实时获取加密视频数据。
RB.对视频数据进行预处理，采用混沌反映射解密方式完成解码解密。
RC.显示模块对解码解密后的视频数据显示在屏幕上。
通过本实施例的硬件配置，本发明手机实现的视频混沌保密通信方法，能够在视频通讯中对输送的数据信息进行混沌加密，并在手机视频客户端进行解密显示，具有保密性好，适用性强的特点。
需要说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。

Claims (9)

1.一种手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：通过视频保密通信***进行，所述视频保密通信***包括视频服务器端和手机视频客户端；
视频服务器端包括视频采集模块、预处理模块、加密模块、压缩模块和传输模块，视频服务器端进行如下操作：
SA.视频采集模块完成视频的实时采集并将所采集的视频数据传送至预处理模块；
SB.预处理模块对视频采集模块输送的视频数据进行预处理，完成颜色空间的转换后传送至加密模块；
SC.加密模块对预处理模块输送的视频数据进行混沌加密后传输到压缩模块；
SD.压缩模块完成对混沌加密后的加密视频数据进行压缩，并传送至传输模块；
SE.传输模块将压缩后的加密视频数据实时传输至手机视频客户端；
手机视频客户端进行如下操作：
RA.手机视频客户端连接到视频服务器并实时获取加密视频数据；
RB.对视频数据进行预处理，完成解码解密；
RC.显示模块对解码解密后的视频数据显示在屏幕上。
2.根据权利要求1所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：所述步骤SC中，混沌加密方式是采用五维扩展后的双尺寸矩形混沌映射进行加密的。
3.根据权利要求1至2任意一项所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：所述步骤SB中的完成颜色空间转换具体是将YUV420格式数据转换为RGB32格式。
4.根据权利要求3所述的一种手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：所述步骤SD中的压缩方式为JPEG压缩编码。
5.根据权利要求4所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：所述步骤SE中的传输方式为经WIFI信号接入广域网中传输。
6.根据权利要求5所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于，所述步骤RA中所采用的连接方式为HTTP连接。
7.根据权利要求6所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于，所述步骤RB中所采用的解码方式为JPEG解码，所采用的解密方式为混沌反映射解密。
8.根据权利要求7所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于，所述步骤RC中显示模块将解码后的加密视频数据和解码解密后的解密视频数据同时显示在同一屏幕上。
9.根据权利要求1所述的手机实现的视频混沌保密通信方法，其特征在于：所述视频服务器为能够支持10台手机视频客户端通信的视频服务器。
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