分级视频加密方案.doc

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1、基于分级的MPEG视频加密技术研究5基于格雷码变换和M序列异或的分级加密方案5.1格雷码和M序列简介①格雷码简介格雷码（GrayCodeorGreyCode），又称作葛莱码，二进制循环码。是1880年由法国工程师Jean-Maurice-EmlleBaudot发明的一种编码，是一种无权码，绝对编码方式，典型格雷码是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，因为，虽然自然二进制码可以直接由数/模转换器转换成模拟信号，但在某些情况，例如从十进制的3转

2、换为4时二进制码的每一位都要变，能使数字电路产生很大的尖峰电流脉冲。而格雷码则没有这一缺点，它在相邻位间转换时，只有一位产生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变化。它大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆。另外由于最大数与最小数之间也仅一个数不同，即“首尾相连”，故通常又叫格雷反射码或循环码。设格雷码的0和二进制码的0相等，表5.1为几种自然二进制码与格雷码的对照表：表5.1二进制码和格雷码的对应关系对照表Table5.1CongruentrelationshipbetweentheBinarycodea

3、ndGraycode十进制数自然二进制数B3B2B1B0格雷码G3G2G1G0十进制数自然二进制数B3B2B1B0格雷码G3G2G1G0000000000810001100100010001910011101200100011101010111130011001011101111104010001101211001010501010111131101101160110010114111010017011101001511111000在一组数的编码中，若任意两个相邻的代码只有一位二进制数不同，则称这种编码为格雷码（GrayCode）。它在任意两个相邻的数之间转换时，只有一个数位发生变

4、化。格雷码和自然二进制码之间有一一的对应关系，具有良好的空间遍历性，我们利用这种一对一的映射，在自然二进制与格雷码之间进行相互转换。定义5.1：设二进制码为：B＝Bn-1…Bi+1Bi…B0，对应的格雷码为G＝Gn－1…Gi+1Gi…G0，则有：(5-1)我们称（1）式的转换为Gray变换，它是把格雷码转换为对应的自然二进制码，G称为B的Gray码,其中运算“⊕”为模2加法（异或）运算，i=1,2,…,n-2。定义5.2：设格雷码为G＝Gn－1…Gi+1Gi…G0，对应的二进制码为：B＝Bn-1…Bi+1Bi…B0，则有：（5-2）我们称（2）式的转为是Gray逆变换，它是把自然二

5、进制码转换为对对应的格雷码，其中i=1,2,…,n-1，B称为G的自然二进制码。①M序列简介M序列是最长周期线性反馈移存器序列的简称，又称最长n级线性移位寄存器序列，是由带线性反馈的移存器产生的周期最长的一种序列。如图5.1所示的是一个非退化的n级线性移位寄存器，可以用如下n次多项式为联接多项式来表征。(5-3)这多项式称作特征多项式，X的值并无实际意义，仅用来指明Ci的值。如果n级线性移位寄存器所产生的序列，周期p=2n-1，那么这个序列就是M序列。设n级移位寄存器的初始状态:a-1,a-2,a-3,a-4,…,a-n，经过一次移位后，状态变为a0,a1,…,a-n+1，经过n次

6、移位后状态变为a-n-1,a-n-2,…,a1,a0。M序列通过线形反馈移位寄存器产生如图5.1所示：图5.1M序列的一般结构模型Fig.5.1NormalmodelstructureofM-sequence可以证明，一个能够生成“m序列”的移位寄存器，其特征多项式必须满足下列条件：1．f(x)必须是即约多项式、即不能分解因子的多项式；2．f(x)是(xp+1)的一个因子，其中p=2n-1；3．对于所有的q

7、的位数和原来未加密前的数据仍然保持位数不变，因此加密后的格式保持兼容性。一般来说，M序列的级数越大越安全，我们在选取的时候，应尽量使级数足够大，但是级数太大性能差的电脑运行进来就会慢了，。5.2分级加密方案思想通过前面几章的分析，我们知道，若要保持加密前后MPEG数据格式不变，那么文件头、格式信息和同步信息等就不能加密，只能加密具体实际视频信息的MPEG数据。其中I帧编码采用经典的类JPEG的编码方式进行编码，I帧决定了整个视频的纹理信息；而B和P帧的帧间编码采用运动