一种图像置乱算法及在数字电视中的应用研究

Ｃｕ ） “ （ ∑∑ｆｘｙ （ ｖ＝ （ ） ， ）ｖ （＿ ，・ ）
【 要】阐述 了 摘 数字电视加解密原理， 并介绍了图 像置乱算法及其在数字电视行业中的应用。中国的数字电视行业已经迈入
高清 时代 ， 收费节 目的管理 、 但 卫星传播 与有 线传 播 的协调 等 问题 上 ， 需要成 熟 的解 决 方案。提 出了基 于 离散余 弦变换 的 图 还 像置乱算 法， 可适用 于收费 电视 节 目的安全管理 。通 过本算 法 可以简 化原数 字 电视加 解 密系统 的两端 间 的交 互流程 ， 加 Ｃ 增 Ａ 共享所 带来的安全性 。经测试发现 ， 出的 图像置乱 算法抑制 了其他置乱 算法 中存在 的块效应 ， 法基本 满足数 字 电视 的管理 提 算 及播放 要求 ， 须增 加硬件费用 。 无
ＣＵＩＪｚｅ ｉｈ ，ＺＨＡＮＧ Ｂ ，Ｊｎ ｏ Ｍ ｏ ｏ ｇＷｅ ｎ ＫＩ
（．Ｃ ｌｇ Ｅ ｏｏ ｉａ ｄ ａａ ｅ ｅｔ Ｙ ｎｉ ｎ ｅ ｉ ， ｉ ａ １３ ０ ， ｈ ａ ， ｏｅｅｆ ｃ ｍ ｃ ｎ ｎｇｍ ｎ ， ａｂ ｎＵ ｉ ￣ｔ Ｊ ｉ Ｙ ３ ０２ Ｃ ｉ ； ｌ ｏ ｎ Ｍ ａ ｖ ｙ ｌ ｎ ｎ
ｍ ｎ Ｍａａｅ ｅｔ ｅｓｇ ，ＭＭ） ｅｔ ｎｇｍ ｎ Ｍ ｓ ｅＥ ａ 传给用户 。在接收端 ， 付 目前 ， 国内的 Ｃ Ｓ系统可以分两种 ， 一机一卡 ， Ａ 即“ 机 了费的用户有权拿 到个 人分配 密钥 Ｐ Ｋ 用 它解 出授 权 卡配对 ” Ｄ ， 的智能卡管理模式及 “ 机卡分离” 的管理模 式 （ 国 管理信息 Ｅ Ｍ， Ｍ 得到业 务密钥 Ｓ 再利 用 Ｓ Ｋ， Ｋ解 出 Ｅ Ｍ Ｃ 内统一 的数字 电视 制式标 准 尚未 发布 ， 目前 Ｃ Ｓ系统 基 Ａ
数字 电顿 ｉ
补助数据进行加扰 ， 成杂乱无章 的信号 ， 形 只有 用户端 经 Ｃ 对数据进行加扰 （ Ｗ 进行模二相加运算 ） 。
过解扰 ， 才能恢 复原始 信 号。发送 端 可 以利用 服务 密钥 ｔｍ ｎ ｏｔ ｌ ｅｓｇ ， Ｃ 和 经过加 扰 的信 号复 用在 ｌ ｅｔ ｎ ｏ Ｍ ｓａｅ Ｅ Ｍ） ｅ Ｃ ｒ
２０ ０９年 ８ ， 月 广电总局发布《 于促进 高清电视发展 码学 的基本思想 和一些新 的手段 ， 关 将需要保护的图像直接 的通知》 要求现阶段要采取 高清 、 ， 标清 同播过度 发射 ， 并 进行置乱或分存等处理 ， 使其在视觉效果上不包含任何 有 要求卫星传输 的高 清节 目必须 进行加密… 。Ｃ Ｔ １ Ｃ Ｖ一 等 意义 的内容来达 到加密 目的。 目前 常见置乱方法 主要 有
【 关键词 】 图像加 密； 置乱 算法； 字电视 ； 数 条件接 收系统； 离散余 弦变换 【 中图分类号】Ｔ ０ ；Ｎ４．９ Ｎ ５Ｔ ９９１７ 【 文献标识码 】Ａ
Ｉ ａ ｅ Ｓ ｒ ｍ ｂｌｎ ｇ ｉｈ ｎ ｔ ｐｌ ａ ｉ ｎ ｉ ｔ Ｉ ｒＶ ｍ ｇ ｃａ ｉ ｇ Ａｌｏｒｔ ｍ ａ ｄ Ｉｓ Ａｐ ｉ ｔｏ ｎ Ｄｉ ａ ｃ
一
２ ）利 用服 务 密 钥 ｓ Ｋ对 授权 控 制 信息 Ｅ Ｍ 加 密 ； Ｃ ３ ）利用个人分配密钥 Ｐ Ｋ对授权 管理信息 Ｅ Ｄ ＭＭ加
（ ｅｖ ｅＫ ｙＳ ， Ｓｒｉ ｅ ，Ｋ） 将控 制字加 密成授权 控 制信 息 （ ｎｉ Ｅ Ｍ 中携带 了对 Ｃ 的加密编码及接 收参数 。 ｃ Ｅ ｔ － Ｃ Ｗ
文章编号 ：０２ ８９ （０ １２ － ０４－４ １０ －６ ２ ２ １ ）０ ０２ － ０
一
种图像置乱算法及在数字电视中的应用研究
崔基哲 张 ， 波 Ｊｎ ｏ Ｉ ， ｇＷｅｎＫＭ ｏ
（ ．延边大学经济管理学院 信息管理与信 息系统 ， １ 吉林 延吉 １３０ ；．韩 国祥 明大学 著作权保护专业 ， 国 首尔 １０４ ） ３０ ２２ 韩 １７ ３
１ 条件 接 收 系统基本 概念
条件接 收系统 （ Ａ ） Ｃ Ｓ 是数字 电视实行收费所必 须采
可 加 解扰 层 、 控制 层 、 管 付费、 网络游戏等传统业 务外 的增值业务 。为了确保增值 用的系统 ， 以分Fra bibliotek为 ３个 层次 ：
业务 的实现 ， 除安全可控的综合管理业务平 台之外还需要 理 层 。
ｂｓｄｏ ｅＤｓｒｔ ｏｉｅＴａｓ ｒ （ Ｃ ａｅ ｎｔ ｉ ｅ Ｃ ｓｎ ｒｎｆ ｍ Ｄ Ｔ）ｉ ｐ ｔ ｒ ａ＆ Ｉｃｎｂ ｓｄｉ ｎ ｎ ｅｓｃｒｙｏ ｅ—Ｔ ｒｇａ ｒ．Ｂ ｅ ｉ ｏ ｉ ａｇ－ ｈ ｃ ｅ ｏ ｓ ｕ ｗ ｒ ｔ ａ ｅｕｅ ｍａａ ｇｔ ｅｕ ｔ ｆｅ ｆ ｅ ｎ ｈ ｉ ｆ Ｖ ｐｏ ｍｍｅｓ ｙｍ ．ｓ ｆｈｓ ｌ ｒ ｔ ｏ ｒｈ ｉ ｃｎｓ ｌｙｔｅｉｔ ａｔ ｅｐｏｅｓｂｔｅ ｎｏｉ ｎ ｉ ｔｌ Ｖ ｅ ｅｙ ｔｎａ ｄｄｅｙ ｔ ｎ ｎ ｃｅｓ ｅｓｃ ｒｙｂ ｎ ｉｇｂ Ａ ｓａｅ ｙ ｉ ｍ， ｔ ａ ｉ ｉ ｎｅ ｃｉ ｒｃｓ ｅ ｅ ｒ ａ ｄｇ ａ ｎｒｐｉ ｎ ｅｒｐｉ ，ａｄｉ ｒａｅｔ ｅｕｉ ｒ ｇｎ ｙＣ ｈ ｒ．Ｂ ｔ ｍｐ ｆ ｈ ｒ ｖ ｗ ｉ ｇｌ ｉ Ｔ ｏ ｏ ｎ ｈ ｔ ｉ
起传送 给用户 ， 同时利 用 个人 分 配密钥 （ ｅｓｎｌ ｉ 密 ； Ｍ Ｐｒ ａ Ｄｓ ｏ — Ｅ Ｍ携带 了终端 的授权信 息及 用户 订购节 目信 息等 ｔｂ ｔ Ｋ ｙＰ Ｋ 对 ｓ ｒ ｕ ｅ ，Ｄ ） Ｋ加密 ， ｉ ｅ 形成 授权管理 信息 （ ｎｉｅ Ｅ ｔｌ 内容 。 。 ｔ—
加扰之后的数据通过数字 电视的传送 方式 ， 即卫 星传播 、 序 ， 本文 中针对 Ｃ Ｓ系统的说明都基 于机卡分离模式 。 Ａ
有线传播 、 地面传播 等方式传送给接收端 。
星 传播 线 传播
２ 基 于 Ｄ Ｔ的 图像 置乱 算 法 Ｃ
２ １ Ｄ Ｔ变 换 的性 质 ． Ｃ
中的 Ｃ 从而实现解扰 …。 Ｗ，
本采用 “ 机卡配对” 的智能卡方式 管理 。国内标准 的发布
图１ Ｃ Ｓ 为 Ａ 系统的传送端原理图 。图中 ， 用户 Ｉ Ｉ 后 ，机卡分离 ” Ｄ、 ｃ “ 模式将成为 Ｃ Ｓ的主要管理方式 ） Ａ 。两种
卡信息 、 编号 、 密码等信息是 由接 收端传给传送端的信息 ； 模式 的主要 区别 在 于加扰／ 解扰 、 复用／ 复用 的设 置顺 解
面 传播
Ｄ Ｔ变换是一种线性 正交变换 ， Ｃ 具有 实数域 内变换 、
确定变换矩阵（ 与变换 对象 内容无关 ） 二维 Ｄ Ｔ变换有 、 Ｃ
可分离性等特 点。正是 基于 这种 特点 ， Ｃ Ｄ Ｔ变换 在需 要 对大量 数据实 时处理 的图像处理 中具有非常重要 的地位 。
二维 Ｄ Ｔ变换公式为 Ｃ
ｔｓ，ｉ ｉ ｏ ｎ ｅ ｈａ ｈ ｍａ ｅｓ ｒｍｂｉｇａｇ ｒｔｍ ｒｍｏｅ ｎ ｔｉ ａ ｒｒ ｓｒｉｓｂｏ ｋｎ ｆｅ ｔ ｘｓｉｇ ｉ ｔ ｅ ｃａ ｌｎ ｇ ｒｔ ｍ． Ｔ ｅ ａｇ — ｅｔ ｔ ｓｆｕ ｄ ｄ ｔ ｔｔｅ ｉ ｇ ｃ ａ ｌ ｌｏ ｈ ｐ ｏ ｔｄ ｉ ｈｓｐ ｐ ｅ ｔａｎ ｌ ｉｇ ｅ ｃｓｅ ｉｔｎ ｎ ｏｈ ｒｓｒｍ ｉｇ ａ ｏ ｈ ｎ ｉ ｅ ｃ ｂ ｌ ｉ ｈ ｏ ｌ
ｐｉａ ｏ ｉｉ ｌｅｅｉ ｏ ｎｕｔ ｒ ｎｒｄ ｃｄ ｎＣ ｉａ ｔｅｄｇｔｌ Ｖ ｈ ｓｓ ｐ ｄｉｔ ｅｈｇ ｅ ｎｔ ｎａｅ ｗｈｌ ｔｅｅａ ｏｎｅ ｅｍ ｔｒ ｌ ｔ ｎｉ ｄｇｔ ｌｖｓ ｎｉｄ ｓ ｙａｅｉｔ ｕｅ ．Ｉ ｈｎ ，ｈ ｉ ａ ａ ｔ ｐ ｏｔ ｉｈｄｆ ｉｏ ｇ ， ｉ ｒ ｓ ｅｄｔ ａｕ ｃｉ ｎ ａｔ ｉ ｒ ｏ ｉ Ｔ ｅｅ ｎ ｈ 【 ｉ ｉ ｅｈ ｌ ｈ ｅ
ｒｏ ｄ 幻方 变换 、Ｆ ＩＳ模 型 、ｏｗ ｙ游戏 和 Ｇ ａ Ｃｎ ａ ｒｙ码 ９套高清 同播节 目相继上星播 出， 志着我国电视播出进 Ａ ｎｌ 变换 、 标
入高清时代 。
等， 都有各 自的优 缺点
。本 文运 用 Ｄ Ｔ变换来实 现 Ｃ
数字电视是将 传统 的模 拟信号经 过采 样 、 量化 和编 图像置乱。为了让算法满足付费用户的安全管理要求 ， 本
条件接收系统 ， 简称为 Ｃ Ｓ Ｃ ｎ ｉｏａ Ａ ｃｓ Ｓ ｓ ｍ） Ａ （ ｏｄｔ ｎｌ ｃｅｓ ｙｔ 。 ｉ ｅ
在信号 的发送端 ， 根据授权要求 ， 制字发生 首先 由控
Ｃ ｎ ｏ Ｗｏｄ Ｃ ， ｒ 为防止未授权 的用 户违 法窃取业 务 ， 在数 字 电视传 器通过安全算法产生控制 字 （ ｏｔ ｌ ｒ， Ｗ） 由它控
【 ｅ ｏｄ 】ｍ ｇ ｃｙｔｎ ｉａｅｓ ａ ｂ ｎ； ｉｔ Ｖ； Ａ ； ｉ ｒｅｃｓ ｅｔｎｆ ｍ Ｋ ｙｗ ｒｓ ｉａｅｅ ｒ ｉ ；ｍ ｒ ｌｇ ｄ ｉｌ Ｃ Ｓ ｄｓｅ ｏｎ ａｓ ｒ ｎ ｐｏ ｇ ｃｍ ｉ ｇａ Ｔ ｃｔ ｉ ｒ ｏ
０ 引 言
方法是传统研究 中遇到的新 问题 。 图像置乱是近 年来提 出的有效解 决手段 ， 它采用 密
ｏ ｕｉｎ ｉ ｈ ｎ ｇ ｍｅ ｔｏ ｒ ｇａ ｓｌｔｏ ｎ ｔｅ ｍａ ａ ｅ ｎ ｆｆｅｐ ｏ ｒ ｍｍｅｓ，ａ ｌ ａ ｈ ａａ ｃ ｆｓｔｌｉ ｒｎ ｍｉｓｏ ｎ ａ ｌ ｒｎ ｍｉｓｏ ． Ａｎ ｉ ｇ ｃａ ｅ ｒ ｓｗｅｌ ｓｔｅ ｂ ｌｎ ｅ ｏ ａｅｌｅ ｔａ ｓ ｓｉｎ ａ ｄ ｃ ｂｅ ｔａ ｓ ｓｉｎ ｔ ｍａ ｅ ｓ ｒｍｂｌ ｇａｇ ｒｔｍ ｉ ｏ ｈ ｎ ｌ ｉ
码等过程转化为数字信号 ， 然后进行各种功能的端 到端的 算法增加了原图分解成两种 图的过程 。 系统 。数字电视不仅包括 数字 电视接 收机 、 电视 台， 还包
括信号的产 生 、 处理 、 传输 、 接收和重现的全过程 。在数字
电视 网上还可以接人 电视会议 、 可视电话 、 视频点播 、 按次
对来 自复用器的信 息 ， 即对视频 、 音频 、 图像或 播过程 中需要对数据进行 加密。图像或视频信 息的加密 制加扰器 ，
基金项 目： Ｏ ２ ９年度 ＭＣ Ｔ ０ Ｓ ＆韩 国著作权 委员会技术开发项 目
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年ｓ第 第 期 第卷加 总ｓ ｓ 加
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