[發(fā)明專利]一種面向視頻流的混合編碼加密方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210391047.6
• 申請日: 2012-10-15
• 公開（公告）號: CN102905133A
• 公開（公告）日: 2013-01-30
• 發(fā)明（設計）人: 吳蒙;張春梅;梅玨潔
• 申請（專利權(quán)）人: 南京郵電大學
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/46;H04N7/50;H04N21/2347
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 葉連生

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種對視頻數(shù)據(jù)進行混合編碼加密的方法，其作用是在視頻數(shù)據(jù)的采集應用中保證數(shù)據(jù)安全性的同時滿足實時性的要求。屬于視頻數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著無線傳感技術(shù)快速發(fā)展以及網(wǎng)絡日益普及化，視頻傳輸模式正在得到越來越廣泛地應用。如何保證視頻數(shù)據(jù)在這樣的網(wǎng)絡中不被別人竊取或篡改，如何保證視頻傳輸?shù)陌踩猿闪素酱鉀Q的問題。同時，智能業(yè)務的應用越來越廣泛，對一些視頻應用的實時性要求也越來越高，如視頻會議，網(wǎng)絡視頻等。若采用傳統(tǒng)的加密方法，在整個視頻進行H.264（一種視頻壓縮標準）編碼完成后進行數(shù)據(jù)加密，則計算復雜、處理時間長的特性不能滿足實時性的要求，不具有廣泛的應用前景。事實上，圖像塊在經(jīng)過整數(shù)變換、量化后得到的系數(shù)能量大部分集中系數(shù)矩陣對角線的左上角，即少部分數(shù)據(jù)包含了大部分能量，因此，考慮到H.264視頻編碼結(jié)構(gòu)的特殊性，我們提出僅對少量部分重要數(shù)據(jù)在編碼過程中同時進行加密的方法，研究與實踐表明該方法能夠保證視頻數(shù)據(jù)安全性的同時，滿足視頻應用對實時性的要求。

發(fā)明內(nèi)容

技術(shù)問題：本發(fā)明的目的是提出一種面向視頻流的混合編碼加密方法，使得在對視頻數(shù)據(jù)進行H.264編碼的過程中增加加密的功能，實現(xiàn)兩者的結(jié)合。這樣既能保證視頻數(shù)據(jù)的安全性，又能滿足應用環(huán)境對實時性的要求。目前的加密方法一般沒有考慮視頻數(shù)據(jù)幀間的關(guān)聯(lián)性，對數(shù)據(jù)全部加密，這樣會帶來較大的延遲。

技術(shù)方案：本發(fā)明的面向視頻流的混合編碼加密方法，該方法將加密算法嵌入在標準的圖像壓縮編碼方法H.264中，加密與編碼同時進行，且僅加密部分低頻數(shù)據(jù)，以滿足視頻流實時傳輸?shù)囊螅辉摲椒ㄖ校紫葘σ曨l流按照H.264編碼方式進行幀內(nèi)和幀間預測編碼，然后對編碼產(chǎn)生的部分低頻數(shù)據(jù)進行加密，最終獲得加密的編碼數(shù)據(jù)，整個加解密算法運行在嵌入式系統(tǒng)上；

其具體方法為：

1）將加密算法嵌入在H.264編碼模塊中；

2）加密算法采用一種高級加密方式AES的輸出反饋模式；

3)待加密的低頻數(shù)據(jù)為編碼后的起始幀中的直流差分系數(shù)，以及幀間預測幀、幀間雙向預測幀中的預測塊的直流差分系數(shù)；其中，起始幀為I幀，幀間預測幀為P幀，幀間雙向預測幀為B幀；

解密即為加密的逆過程，具體如下：

4）視頻流解碼時，按照幀的類型即I幀、P幀、B幀的不同，分別進行解密。

基于H.264的混合編碼加密實現(xiàn)方法，采用的加密方法為AES加密算法的輸出反饋模式OFB模式；AES明文數(shù)據(jù)塊和密鑰長度設定為128bit比特、192比特、256比特中得任意一個，令N_k=(4,6,8)表示三種密鑰的長度，則AES作為密鑰的比特流長度為32×N_k（N_k=(4,6,8)）；令N_b=(4,6,8)表示三種分組塊的長度，即長為32×N_b（N_b=(4,6,8)）的明文數(shù)據(jù)可進行加密，得到的密文長度仍然為32×N_b；AES加密過程中重復輪的數(shù)目用N_r表示，N_r=10,12,14為分別采用三種長度密鑰運算時的重復輪數(shù)；

定義輸入有k比特的密鑰K，n比特的初始向量IV以及r比特的明文分組塊x₁……x_u(1≤r≤n)，產(chǎn)生r比特密文數(shù)據(jù)塊C₁……C_u；I_j是第j個輸入塊，O_j是第j個輸出塊，CIPH_k(x)為密鑰K對數(shù)據(jù)塊x進行加密的前向加密函數(shù)；

AES加密算法需包含多輪重復和變換，即密鑰擴展、初始輪、重復輪、最終輪；重復的每一輪又包括：字節(jié)變換、行移動、列混合、輪密鑰加，然而最終輪中不包含列混合；