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视频信息加密技术的研究

王丽丰  
【摘要】:视频信息,作为与人的感官最密切的信息载体,应用于政治、经济、军事、教育、医疗和商业等各行各业,逐渐成为人类获取各种信息的重要手段。然而互联网的迅猛发展使得视频信息的安全问题日益突出。因此,如何保护视频信息的安全性是一项十分紧迫和重要的工作。对重要的视频信息进行快速、有效的加密,保证信息的机密性、完整性和真实性,具有十分重要的理论意义与实际应用价值。本文围绕视频信息的安全性问题,结合视频信息的应用场景以及视频编码结构特性对视频信息加密算法进行了深入的研究,取得的主要的研究成果及创新点如下: 1.一种基于H.264/AVC可分级轻量级的视频加密算法 针对视频应用场景、安全需求和计算资源差异所构成的多样性,提出了一种可满足大部分媒体应用平台的可分级轻量级视频加密算法。考虑到加密算法的安全性、加密速度以及对压缩比等几个方面因素之间的相互制约关系,用标准的密码算法对帧内预测模式、运动向量差、亮度量化变换系数这些关键数据进行加密。该算法可以根据实际应用中的安全需求级别和计算资源级别的不同,实现从低到高等多个级别的加密效果,且压缩比的变化不大,计算复杂度相对较低,并具有一定的可操作性。 2.一种面向传输级应用的熵编码加密算法 为满足视频传输级应用的安全需求,通过对H.264/AVC标准的基本档次中熵编码过程的语法元素进行分析,将加密过程与编码过程相融合,根据熵理论设计了一种面向传输级应用的熵编码加密算法,对指数哥伦布编码中的重要元素置乱加密,对基于内容自适应变长编码的码流中的关键信息进行流密码加密。实验结果表明,提出的加密算法对传输带宽影响很小,具有很高的实时性,在保持较高的安全性同时,数据格式具有相容性,可以满足视频会议和可视电话等实时的低码率的传输级通信应用的安全需求。 3.一种面向存储级应用的CABAC加密算法 为满足视频存储级应用的安全需求,针对H.264/AVC标准的主要档次中采用的熵编码技术,提出了一种面向存储级应用的基于内容自适应算术编码(CABAC)加密算法。在CABAC熵编码的过程中,采用混沌加密系统动态地加密少数的关键上下文模型索引值的初始值,扰乱上下文概率模型分布,从而实现对编码码流的保护。实验结果表明,混沌算法的初始条件的敏感性、长期不可预测性等特点,大大的提高了密码的抗攻击性。提出的算法在保证视频较高的安全性的条件下,对视频的压缩比的影响平均不足千分之一,使其适合视频存储级的电视广播等应用领域。 4.自适应安全实时视频传输系统 在分析安全实时视频传输系统需求的基础上,设计以DSP和ARM为核心的自适应实时视频编解码和加解密的嵌入式平台,实现面向H.264/AVC压缩码流的RTP传输方案和通信命令格式。在优化实现的高性能H.264/AVC视频编解码器的前提下,系统采用了双重安全防护机制。在较好的保持重建视频主客观质量的同时,能完成最实时编解码和加解密,可以较好满足多种视频应用场景的安全性需求。


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