[發(fā)明專利]基于CAVLC編碼的H.264視頻加密方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810240893.1
• 申請日: 2008-12-26
• 公開（公告）號: CN101442676A
• 公開（公告）日: 2009-05-27
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 蔡勉;李燕;閆磊;賈佳
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26
• 代理公司: 北京思海天達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司
• 代理人: 張 慧

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及保密通信技術(shù)領(lǐng)域，針對的是通過對符號進(jìn)行轉(zhuǎn)換，將所給出的符號序列交換成不可理解的符號序列的方法。

技術(shù)背景：

H.264是新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)，其優(yōu)異的壓縮性能和良好的網(wǎng)絡(luò)親和性使其在視頻實時通信、存儲等領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。熵編碼方法是H.264及其他視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)中普遍采用的一種無損編碼方法。基于熵編碼的加密方法已有一定研究。Chunping?Wu曾在文獻(xiàn)Efficient?Multimedia?Encryption?via?Entropy?CodecDesign中提出一種MHT方法，通過變異數(shù)訓(xùn)練2k個不同的huffman編碼表，產(chǎn)生隨機(jī)變量作為密鑰選擇不同的碼表從而完成對原始數(shù)據(jù)流的加密。Dahua?Xie在MHT的基礎(chǔ)上提出一種加強(qiáng)型MHT方案，采用hush函數(shù)仿制跳躍密鑰來對抗選擇明文攻擊，提高了安全性。

在熵編碼的過程中融入加密過程的構(gòu)想雖已付諸研究，但是已有的基于熵編碼的視頻加密方法大多是針對MPEG標(biāo)準(zhǔn)的，而H.264的熵編碼與MPEG熵編碼原理不同。H.264的熵編碼采用基于上下文自適應(yīng)的可變長編碼(CAVLC)方法，利用相鄰已編碼符號所提供的相關(guān)性，為所要編碼的符號選擇合適的上下文模型進(jìn)行變長編碼，大大降低符號間的冗余度。根據(jù)CAVLC編碼特點設(shè)計一種高效的視頻加密方法是本發(fā)明要解決的關(guān)鍵問題。

圖1為現(xiàn)有的H.264的視頻壓縮編碼流程圖；視頻經(jīng)過幀內(nèi)預(yù)測、運動估計和運動補(bǔ)償、整數(shù)離散余弦變換(DCT變換)和熵編碼過程實現(xiàn)壓縮編碼。

附表1為已有的H.264標(biāo)準(zhǔn)CAVLC編碼中每個非零系數(shù)前零的個數(shù)(RunBefore)的編碼碼表。

附表1

H.264提供了兩種熵編碼方法：基于上下文的自適應(yīng)變長編碼(CAVLC)和基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(CABAC)。其中CAVLC容易實現(xiàn)，計算簡單，可通過查詢變長碼表實現(xiàn)，對于比特誤碼具有很好的魯棒性，多應(yīng)用于可視電話、會議電視、無線通信等實時通信場合及流媒體中。CABAC具有很高的編碼效率，但運算復(fù)雜度大，主要用于數(shù)字廣播和數(shù)字存儲。本發(fā)明僅針對廣泛應(yīng)用的CAVLC進(jìn)行研究，而CABAC由于其編碼復(fù)雜暫且不作考慮。

H.264視頻壓縮編碼過程中，CAVLC需要編碼的參數(shù)有非零系數(shù)數(shù)目(TotalCoeffs)、拖尾系數(shù)數(shù)目(TrailingOnes)、所有拖尾系數(shù)的符號、拖尾系數(shù)外全部非零系數(shù)的幅值、最后一個非零系數(shù)前零的數(shù)目(TotalZeros)和每個非零系數(shù)前零的個數(shù)(Runbefore)。每一個編碼參數(shù)都有自己相對應(yīng)的編碼碼表。H.264熵編碼是參照碼表輸出碼字來完成編碼。但是將加密過程植入編碼過程時，并不適合對每一個參數(shù)都進(jìn)行加密：由于非零系數(shù)的幅值編碼涉及前綴(level_prefix)和后綴編碼(level-suffix)，編碼過程比較復(fù)雜，即使微小的改動都可能導(dǎo)致無效碼字的產(chǎn)生，所以不對此部分進(jìn)行加密。另外，拖尾系數(shù)符號(Trailingones)在碼流中所占比例相當(dāng)小，對此部分的加密對于提高算法的安全性無太大意義。本發(fā)明將在CAVLC編碼過程中對非零系數(shù)數(shù)目、拖尾系數(shù)數(shù)目、最后一個非零系數(shù)前零的數(shù)目以及每個非零系數(shù)前零的個數(shù)進(jìn)行加密。

發(fā)明內(nèi)容：

本發(fā)明的目的在于對H.264視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)的CAVLC編碼技術(shù)提供一種高效的視頻加密方法。以解決當(dāng)前大多數(shù)視頻加密技術(shù)主要局限于MPEG標(biāo)準(zhǔn)，而針對H.264標(biāo)準(zhǔn)的熵編碼加密技術(shù)發(fā)展不成熟的問題。

本發(fā)明是采用以下技術(shù)手段實現(xiàn)的：

一種基于CAVLC編碼的H.264視頻加密方法，其特征在于：在H.264視頻壓縮編碼的CAVLC編碼過程中，采用RC4算法用1-256字節(jié)的可變長密鑰初始化一個256字節(jié)的狀態(tài)表，用生成的偽隨機(jī)密鑰流與非零系數(shù)數(shù)目、拖尾系數(shù)數(shù)目、最后一個非零系數(shù)前的零的數(shù)目、每個非零系數(shù)前零的個數(shù)的編碼表中待編碼碼字的索引號相異或得到一個新的索引號，根據(jù)新的索引號在原碼表中找到其對應(yīng)的新的碼字作為碼流輸出，實現(xiàn)加密。編碼表存在碼字為空的無效區(qū)域，加密后可能會出現(xiàn)新碼字落在碼表無效區(qū)域的情況，因此在加密之后需要對新碼字進(jìn)行判斷，強(qiáng)制設(shè)定無效碼字的碼字區(qū)域，將無效碼字索引號改為有效碼字索引號，從而使無效碼字回落到有效碼字區(qū)域；主要包括以下步驟：

110、利用流密碼RC4算法產(chǎn)生密鑰并分發(fā)；

111、在H.264視頻壓縮編碼的CAVLC編碼過程中，選擇重要編碼參數(shù)在其編碼過程中進(jìn)行加密；