H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置及其加密/解密方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置及其加密/解密方法，加密/解密裝置包括：密鑰生成模塊；第一判定模塊；亮度4x4幀內預測模式模塊；第二判定模塊；亮度編碼塊模式置亂模塊。本發明專利技術具有以下優點：1、不破壞碼流結構，利于網絡傳輸、隨機訪問、壓縮域視頻處理（如水印加入等）等壓縮域視頻處理；2、不額外增加編碼碼率；3、破譯概率低，視頻加密與非加密能夠實時切換；4、運算復雜度低。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及圖像處理
，尤其涉及快速實現H. 264/AVC壓縮域視頻加密裝置及其加密方法、快速實現H. 264/AVC壓縮域視頻解密裝置及其解密方法。
技術介紹
數字化、網絡化的視頻監控系統在向人們提供實時和準確的視覺信息的同時，也帶來了不少安全隱患，監控的視頻畫面既可能涉及國家機密和“敏感信息”，也可能包含個人隱私，而這些信息的非法泄漏、篡改、假冒，不但可能威脅到國家的政治、經濟、軍事、文 化、意識形態等“敏感”部門的信息安全，也可能對個人隱私構成極大的威脅，因此，如何確保監控的多媒體信息安全問題成為新一代視頻監控系統需要解決的重要問題。在實際監控應用中，視頻數據量龐大，存儲及傳輸時必須對其進行壓縮，目前常用的視頻編碼標準包括MPEG-l，MPEG-2，MPEG-4等等，其中，H. 264/AVC是由IS0/IEC與ITU-T制定的新一代的視頻壓縮編碼標準，相對于以往的視頻壓縮標準，H. 264/AVC引入了很多新的技術，包括4X4整數變換、幀內預測、四分之一像素精度的運動估計、多參考幀與多種大小塊的幀間預測技術等等。H. 264/AVC無論在壓縮效率，還是在網絡適應性方面比以往的視頻編碼格式都有明顯的提高。H. 264/AVC標準在視頻監控領域是壓縮效率最高、使用最為廣泛的編碼方式。由于H. 264/AVC本身在編解碼過程中有固定的規范和層次，多媒體信息安全算法的設計需要符合H. 264/AVC特殊的編碼結構，在穩定發揮多媒體安全算法的版權保護作用的情況下，對H. 264/AVC的碼長、碼率影響降到最低。通過對H. 264/AVC標準的深入解讀和分析可以發現適合于H. 264/AVC的信息安全算法有兩個最直接的區域。一是在壓縮編碼之前加密視頻流，但一般觀點都認為該類方法會顯著地改變信源結構和句法，對后續編碼效率影響很大。值得提及地是，國外學者Johnson提出的理想Gaussian信源先加密后DSC(分布信源編碼)壓縮算法，不僅能夠滿足數據安全性要求，而且對壓縮增益影響很小，不足之處在于對非理想Gaussian信源加密后再進行DSC壓縮，其編碼效率降低明顯。還有是在壓縮編碼之后對碼流進行加密，國內學者廉士國總結為直接加密算法，這類方法通常利用傳統密碼(如DES，IDEA, RSA等)高強度的優點來滿足高安全性的要求，可以克服加密造成的編碼效率降低問題，但同時也帶來了高計算復雜度和視頻格式不相容的缺點。已有相關工作的重點都圍繞壓縮域展開研究，主要是基于視頻信源特征選擇加密視頻/圖像重建中的關鍵數據，如DCT系數、運動矢量、預測模式、頭信息和編碼參數等信息。目前，國內具有代表性的研究成果有清華大學袁春博士等提出的基于混沌的視頻流選擇加密算法，上海交通大學王慈博士等提出的參數可調型DCT域透明加擾算法，南京理工大學廉士國博士等提出的兩種部分加密的圖像/視頻加密算法，中國科技大學曹弈提出的基于4X4整數變換的殘差系數加密/置亂算法；國外具有代表性的成果有W. J. Zeng提出的分別基于Wavelet變換和DCT變換的頻率域Segment/Slice內塊置亂和塊旋轉的一般性方法，L. Tang提出的DCT系數Zigzag置亂算法，A. S. Tosum提出的塊內DCT分段置亂算法，J. Ahn等提出的面向數字電視應用的幀內預測模式置亂算法；S. Spinsante提出的QP參數和環路濾波系數加密算法。該類算法可以根據實際需求選擇加密關鍵數據，缺點是加密強度與計算復雜度互為矛盾，而且加密過程在熵編碼之前，對后續熵編碼效率影響較大。
技術實現思路
有鑒于此，有必要提供快速實現H. 264/AVC壓縮域視頻加密裝置及其加密方法、快速實現H. 264/AVC壓縮域視頻解密裝置及其解密方法。本專利技術是這樣實現的，H. 264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置，其用于對接收的H.264/AVC標準碼流加密形成H. 264/AVC密文，或用于對接收的H. 264/AVC密文解密形成H.264/AVC標準碼流，其包括密鑰生成模塊，用于根據用戶密碼結合混沌系統生成ニ進制的加密密鑰/解密密鑰；第一判定模塊，用于在加密時判定H. 264/AVC標準碼流中的每個輸入宏塊的碼流是否進行亮度4x4幀內預測模式置亂，還用于在解密時判定H. 264/AVC密文中的每個輸入宏塊的碼流是否已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂；亮度4x4幀內預測模式模塊，用于在第一判定模塊判定輸入宏塊的碼流進行/已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂吋，從加密密鑰/解密密鑰中取出三位作為隨機序列，將H.264/AVC標準碼流或H. 264/AVC密文與三位隨機序列進行異或運算得到初始密文/初始解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移三位；第二判定模塊，用于判定初始密文是否進行亮度編碼塊模式置亂，還用于判定初始解文是否已進行過亮度編碼塊模式置亂；亮度編碼塊模式置亂模塊，用于在第二判定模塊判定初始密文進行/初始解文已進行過亮度編碼塊模式置亂時，從加密密鑰/解密密鑰中取出一位，如果該位為1，則對初始密文/初始解文循環左移兩位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，如果該最低位為0，則對初始密文/初始解文循環左移一位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，最終密文即為H. 264/AVC密文，最終解文即為H. 264/AVC標準碼流。作為上述方案的進ー步改進，密鑰生成模塊包括轉化單元，用于將長度為η的ニ進制序列的用戶密碼的高n/2位取出作為第一無符號整數，低n/2位取出作為第二無符號整數，將第一無符號整數和第二無符號整數轉換為O與I之間的第一雙精度浮點小數和第二雙精度浮點小數，其中η為正整數；迭代單元，用于以第一雙精度浮點小數為初始化值，進行ー維logistic混沌系統迭代，迭代次數為i次，得到Xi,以第二雙精度浮點小數為初始化值，進行ー維logistic混沌系統迭代，以相同的迭代次數得到Ji ; 判斷模塊，用于當迭代單元進行第j次迭代時，如果\_大于ハ，則加密密鑰/解密密鑰的第j位為1，否則為0，以此形成加密密鑰/解密密鑰，其中j為整數，且其大于O而小于等于待生成的加密密鑰/解密密鑰的位長度。作為上述方案的進ー步改進，對于當前亮度4x4編碼塊，只有當其左方亮度4x4塊和上方亮度4x4塊以及右上亮度4x4塊同時處于已經編碼的狀態，且H. 264/AVC的語法結構prev_intra4x4_pred_mode_flag為O時,亮度4x4巾貞內預測模式置亂模塊才對當前編碼塊的巾貞內編碼模式rem_intra4x4_pred_mode進行置亂/解密。本專利技術還涉及H. 264/AVC壓縮域視頻加密/解密方法，其用于對接收的H. 264/AVC標準碼流加密形成H. 264/AVC密文，或用于對接收的H. 264/AVC密文解密形成H. 264/AVC標準碼流，其包括以下步驟根據用戶密碼結合混沌系統生成ニ進制的加密密鑰/解密密鑰；在加密時判定H. 264/AVC標準碼流中的每個輸入宏塊的碼流是否進行亮度4x4幀內預測模式置亂，在解密時判定H. 264/AVC密文中的每個輸入宏塊的碼流是否已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂； 在判定輸入本文檔來自技高網...

【技術保護點】
H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置，其用于對接收的H.264/AVC標準碼流加密形成H.264/AVC密文，或用于對接收的H.264/AVC密文解密形成H.264/AVC標準碼流，其特征在于，其包括：密鑰生成模塊，用于根據用戶密碼結合混沌系統生成二進制的加密密鑰/解密密鑰；第一判定模塊，用于在加密時判定H.264/AVC標準碼流中的每個輸入宏塊的碼流是否進行亮度4x4幀內預測模式置亂，還用于在解密時判定H.264/AVC密文中的每個輸入宏塊的碼流是否已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂；亮度4x4幀內預測模式模塊，用于在第一判定模塊判定輸入宏塊的碼流進行/已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂時，從加密密鑰/解密密鑰中取出三位作為隨機序列，將H.264/AVC標準碼流或H.264/AVC密文與三位隨機序列進行異或運算得到初始密文/初始解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移三位；第二判定模塊，用于判定初始密文是否進行亮度編碼塊模式置亂，還用于判定初始解文是否已進行過亮度編碼塊模式置亂；亮度編碼塊模式置亂模塊，用于在第二判定模塊判定初始密文進行/初始解文已進行過亮度編碼塊模式置亂時，從加密密鑰/解密密鑰中取出一位，如果該位為1，則對初始密文/初始解文循環左移兩位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，如果該最低位為0，則對初始密文/初始解文循環左移一位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，最終密文即為H.264/AVC密文，最終解文即為H.264/AVC標準碼流。...

【技術特征摘要】
1.H. 264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置，其用于對接收的H. 264/AVC標準碼流加密形成H. 264/AVC密文，或用于對接收的H. 264/AVC密文解密形成H. 264/AVC標準碼流，其特征在于，其包括 密鑰生成模塊，用于根據用戶密碼結合混沌系統生成ニ進制的加密密鑰/解密密鑰；第一判定模塊，用于在加密時判定H. 264/AVC標準碼流中的每個輸入宏塊的碼流是否進行亮度4x4幀內預測模式置亂，還用于在解密時判定H. 264/AVC密文中的每個輸入宏塊的碼流是否已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂； 亮度4x4幀內預測模式模塊，用于在第一判定模塊判定輸入宏塊的碼流進行/已進行過亮度4x4幀內預測模式置亂時，從加密密鑰/解密密鑰中取出三位作為隨機序列，將H.264/AVC標準碼流或H. 264/AVC密文與三位隨機序列進行異或運算得到初始密文/初始解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移三位； 第二判定模塊，用于判定初始密文是否進行亮度編碼塊模式置亂，還用于判定初始解文是否已進行過亮度編碼塊模式置亂； 亮度編碼塊模式置亂模塊，用于在第二判定模塊判定初始密文進行/初始解文已進行過亮度編碼塊模式置亂時，從加密密鑰/解密密鑰中取出一位，如果該位為1，則對初始密文/初始解文循環左移兩位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，如果該最低位為O，則對初始密文/初始解文循環左移一位形成最終密文/最終解文，同時加密密鑰/解密密鑰循環左移一位，最終密文即為H. 264/AVC密文，最終解文即為H.264/AVC標準碼流。2.如權利要求I所述的H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置，其特征在于，密鑰生成模塊包括 轉化單元，用于將長度為η的ニ進制序列的用戶密碼的高n/2位取出作為第一無符號整數，低n/2位取出作為第二無符號整數，將第一無符號整數和第二無符號整數轉換為O與I之間的第一雙精度浮點小數和第二雙精度浮點小數，其中η為正整數； 迭代單元，用于以第一雙精度浮點小數為初始化值，進行ー維logistic混沌系統迭代，迭代次數為i次，得到Xi，以第二雙精度浮點小數為初始化值，進行ー維logistic混沌系統迭代，以相同的迭代次數得到Ji ； 判斷模塊，用于當迭代單元進行第j次迭代時，如果大于5V則加密密鑰/解密密鑰的第j位為1，否則為0，以此形成加密密鑰/解密密鑰，其中j為整數，且其大于O而小于等于待生成的加密密鑰/解密密鑰的位長度。3.如權利要求I所述的H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置，其特征在于，對于當前亮度4x4編碼塊，只有當其左方亮度4x4塊和上方亮度4x4塊以及右上亮度4x4塊同時處于已經編碼的狀態，且H. 264/AVC的語法結構prev_intra4x4_pred_mode_flag為O時，亮度4x4巾貞內預測模...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王啟軍，甘彤，李鵬，
申請(專利權)人：中國電子科技集團公司第三十八研究所，合肥公共安全技術研究院，
類型：發明
國別省市：