[發明專利]一種視頻加密方法

在審

• 申請號: 201310616629.4
• 申請日: 2013-11-26
• 公開（公告）號: CN103607272A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 謝瑩瑩;郭慶;耿慶民;苗艷超;劉新春;邵宗有
• 申請（專利權）人: 曙光信息產業股份有限公司
• 主分類號: H04L9/00
• 分類號: H04L9/00;G06F9/46;H04N7/15
• 代理公司: 北京安博達知識產權代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國文

技術領域

本發明屬于加密技術，具體講涉及一種視頻加密方法。

背景技術

會議視頻傳輸為多媒體信息傳輸業務的重要部分，技術日趨成熟，已成為人們進行政治、商務、文化交往的重要工具。其方便快捷的通訊方式，大大降低了會議成本，節省時間以及提高辦事效率。

網絡的共享特點決定了信道的不安全性，如非授權用戶惡意監聽、傳輸信號丟包、網絡病毒攻擊造成會議中斷等，這些問題使得視頻流保密性、可靠性、穩定性受到了嚴重考驗。此外，會議視頻的特點是隨著與會人數的增加，視頻流量會成平方級的增長。

如何針對H.264格式的視頻，設計滿足會議視頻這種大流量、高實時性需求的加密算法是多媒體安全領域的一項重要的內容，具有很高的學術研究價值和廣泛的應用前景。

目前，根據加密算法與壓縮編碼過程關系的不同，可以將算法分成完全加密算法、選擇性加密算法、以及將加密過程和編碼過程相結合的加密算法。

如圖1所示，完全加密算法即是對整個傳輸的視頻流，不考慮任何視頻數據的特性，根據各種加密算法實現，加密過程和壓縮編碼過程完全獨立，但是其缺點是加密復雜度過大。

因此Qiao和Nahrstedt（Qiao?L，Nahrstedt?K.）在1997年提出一種稱作VEA（Video?Encryption?Algorithm）的視頻加密算法，盡管是將視頻數據當作二進制流進行直接加密，但是它將加密復雜度降為接近原來的一半，同時保持了較高的安全性。Tosun和Feng（Tosum?AS，馮W?C.輕量級無線視頻傳輸安全機制研究）在此基礎上將算法作了改進，使計算復雜度又降低近一半，并用于無線多媒體傳輸網絡中。其它典型的直接加密算法有Romeo等提出的稱作RPK的視頻加密方法以及Wee和Apostolo-Poulos提出的適用于流格式視頻數據的分層加密方法。此外，還有諸如混沌加密算法，它采用斜帳篷映射、Logistic映射、映射等3種混沌映射構造混沌整數序列產生器，并將產生的序列與視頻數據做異或運算，產生的結果即為加密的密文。

即使在完全加密算法基礎上做了以上諸多改進，也無法適用會議視頻大流量、高實時的需求。

如圖2所示，選擇加密算法，也稱部分加密算法，它采用傳統加密算法如對稱密鑰，將視頻數據看成普通的二進制數據直接進行加密，而不考慮任何視頻數據的特性，加密過程和壓縮編碼過程完全獨立。

要保持加密后數據流的相容性，就要保持加密后數據格式信息和控制信息不變，而只加密實際數據，這類方法都屬于選擇性加密方法。Tang早在提出對DCT數據置亂的方法。Tosun等對其作了改進，但是Qiao等通過分析和實驗表明，采用隨機置亂方式代替“之”字型掃描，不但大大地降低了壓縮比，而且使得密碼系統不能抵抗已知明文攻擊。因此，不能夠單獨的使用此類算法來加密。此外，典型的選擇性加密還有加密DCT系數的符號和運動向量的符號、頻率域數據置亂和符號加密相結合等方法，分別有眾多學者對其進行研究。

除了直接加密算法和選擇性加密方法以外，具有壓縮編碼功能的加密算法也是近年來提得頗多的算法，它將編碼過程和加密過程相結合，使得二者同時進行。Wen等提出了使用定長編碼FLC和變長編碼VLC同時進行加密的方法。Wu和Kuo指出選擇性加密不能保持壓縮比不變，并提出了采用多種Huffman樹（MHT）的加密方法。作者指出，在使用熵編碼的視頻編碼格式中，可以采用多種熵編碼的統計模型，通過密鑰控制模型的選擇來實現視頻編碼過程中的加密。

數據加密時通信雙方需要進行密鑰協商，傳統的視頻傳輸一般是使用由視頻信息宿主向對方更換與分配密鑰來進行流加密，這對于單對單的傳輸是可行的，但是對于參與者眾多的視頻會議來說這樣的相互傳輸密鑰信息量會很大，雖然國內外都提出了很多種密鑰分配方法，但尚未形成統一的規范。

H.264在H.263以及MPEG1/2/4視頻編碼協議優點上進行改進，它保留運動補償和變換編碼等技術的同時引入了類DCT整數變換等一系列的新技術，這些新特性使H.264比以往的視頻壓縮標準具有更高的壓縮效率和更強的網絡友好性，但同時也增加了H.264的編解碼復雜度，其在比MPEG-4提高約50％壓縮效率的同時，增加了十幾倍的計算復雜度。而基于H.264的視頻會議更因由多方參與，數據傳輸量以及加解密和編解碼的時間隨參與人數的增加成線性倍數增加。因此為了滿足實時應用的要求，必須在其計算復雜度和編碼效率之間取一個折衷。