基於感興趣區域的h.264視頻加密方法
2023-05-21 11:10:51
基於感興趣區域的h.264視頻加密方法
【專利摘要】本發明提供了一種基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，該方法採用了基於三級密鑰的加密處理方案，藉助該三級密鑰，改變H.264視頻中感興趣區域的視頻編碼參數後，再直接採用H.264視頻編碼標準進行編碼處理，從而達到對感興趣區域的局部加密效果，避免了直接對感興趣區域內的像素值加以處理實現加密，降低了數據計算量及運算複雜度，有助於加快加密處理執行速度，減少了加密後碼率增長量，加密後的視頻數據在數據格式上能夠與H.264標準編解碼器兼容，能夠直接應用於H.264視頻的實時播放，並且還能夠結合利用運動估計去漂移技術消除感興趣區域加密對非感興趣區域產生的加密擴散影響，提升加密視頻的閱覽效果。
【專利說明】基於感興趣區域的H.264視頻加密方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於多媒體信息安全中信息加密【技術領域】，具體涉及一種基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，通過該方法可以對H.264視頻中的感興趣區域進行實時的局部加密處理，並應用於H.264視頻的實時播放。
【背景技術】
[0002]視頻因其直觀性、廣泛性和高信息容量性，在人們生活娛樂和信息交流中佔有十分大的比重。然而視頻在網絡傳輸中存在著惡意篡改竊聽等問題，多媒體安全問題日益突出。
[0003]視頻加密技術是視頻數據保護領域一項重要的技術。視頻加密技術是通過對編碼後的視頻數據流或者中間編碼過程中數據的改變，使無解密密鑰或者解密密鑰錯誤的情況下，視頻解碼器無法正確的解碼視頻數據流或者解碼後的視頻無法正常的閱覽。視頻加密技術能夠有效的保護視頻內容，防止不法之徒竊取和篡改數據。視頻加密技術的諸多特點和優點，已經受到了各國政府機關、情報部門、軍事單位等的廣泛關注和支持研究。因此視頻加密技術的研究對於保障國家、軍隊、企業等的安全具有十分重要意義。
[0004]H.264作為新一代視頻編碼標準，相比於以往的視頻壓縮標準，H.264具有更高的壓縮效率和良好的網絡適應性。在圖像重建質量相同時，H.264能夠節省30%至50%的碼率。H.264標準因其優異的性能使其在多媒體應用的各個領域得到廣泛的應用，如視頻點播、視頻監控和視頻會議等。因此，基於H.264標準的視頻加密技術有著廣泛的應用性。
[0005]目前絕大多數基於H.264視頻的加密方法是將每幀視頻全部進行加密，如專利名稱為「H.264/AVC壓縮域視頻加密/解密裝置及其加密/解密方法」和名稱為「基於CAVLC編碼的H.264視頻加密方法」都是對整幀視頻進行加密的。在一般的視頻數據中，往往只需對感興趣區域進行加密處理就可以達到良好的加密效果，而大量非感興趣區域是不需要加密的，而傳統對整幀視頻進行加密的方法同樣可以達到加密的效果，但是浪費了寶貴的計算資源和時間。而且在一些特殊的環境場合中，需要播放的視頻中有些部分出於某種原因不便觀看，傳統的對整幀視頻進行加密的方法往往不適合。基於以上原因，設計一種能夠針對於感興趣區域局部區域加密的視頻加密方法就顯得尤為重要。
[0006]但目前針對於感興趣區域局部區域加密的視頻加密方法主要存在幾方面的問題。一方面，現有針對於感興趣區域局部區域加密的視頻加密方法，都主要通過對感興趣區域局部區域內的像素值加以處理而使其彌散、模糊或不可見，進而達到加密效果，但這樣的加密方法對數據的計算處理量較大，運算處理過程複雜，直接影響加密處理的執行速度，並且由於直接對像素值加以彌散、模糊等處理會導致像素數據的成倍增加，使得加密後碼率增長量較大，難以滿足視頻實時加密和實時播放的需求。另一方面，現有針對於感興趣區域局部區域加密的視頻加密方法，往往存在加密擴散的影響，即被加密區域向非感興趣區域擴散，造成感興趣區域加密範圍不準確的問題，降低了加密後視頻播放的效果。
【發明內容】
[0007]針對現有技術中存在的上述問題，本發明目的在於提出一種基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，通過該方法可以對H.264視頻中的感興趣區域進行實時的局部加密處理，用以解決加密的數據計算處理量以及加密後碼率增長量較大的問題，能夠直接應用於H.264視頻的實時播放。
[0008]為實現上述目的，本發明採用了如下技術手段:
[0009]基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，用於對待加密的H.264視頻逐幀地進行感興趣區域的局部加密處理；包括如下步驟:
[0010]A) Hamilton路矩陣生成步驟:
[0011]將待加密的H.264視頻的圖像區域劃分為E行F列排布的EXF個宏塊區，按照預先設定的巡遊方向、巡遊次序、巡遊步長和巡遊起始點，利用騎士巡遊算法生成圖像區域中各個宏塊區的巡遊序號，統計利用騎士巡遊算法生成各個宏塊區的巡遊序號的過程中在各個預先設定的巡遊方向上的巡遊次數I1, I2, -,Ik,…，Ik，並由各個宏塊區對應的的巡遊序號按照各個宏塊區的行列排布順序排列構成Hamilton路矩陣H:
[0012]
【權利要求】
1.基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，用於對待加密的H.264視頻逐幀地進行感興趣區域的局部加密處理；包括如下步驟: A)Hamilton路矩陣生成步驟: 將待加密的H.264視頻的圖像區域劃分為E行F列排布的EXF個宏塊區，按照預先設定的巡遊方向、巡遊次序、巡遊步長和巡遊起始點，利用騎士巡遊算法生成圖像區域中各個宏塊區的巡遊序號，統計利用騎士巡遊算法生成各個宏塊區的巡遊序號的過程中在各個預先設定的巡遊方向上的巡遊次數I1, I2, -,Ik,…，Ik，並由各個宏塊區對應的的巡遊序號按照各個宏塊區的行列排布順序排列構成Hamilton路矩陣H:
2.根據權利要求1所述基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，所述步驟B中，在步驟b3之後，還包括步驟b4: b4)加密區域擴散消除處理；該步驟包括: 41)統計待加密H.264視頻的當前幀圖像中感興趣區域包含的N個宏塊的所覆蓋的像素範圍A ； 42)重新對當前幀圖像中感興趣區域之外的宏塊進行運動估計；運動估計過程中，按預設定的各種分塊模式，將當前幀圖像中感興趣區域之外的每個宏塊再次劃分為若干個子宏塊，以子宏塊作為運動估計的運動位移量單位，並針對每種分塊模式，判斷感興趣區域之外的每個運動估計點所在子宏塊的四個角落像素點中是否存在至少一個角落像素點在感興趣區域包含的N個宏塊的所覆蓋的像素範圍A之內，若是則設定該運動估計點的代價值大於零，否則設定該運動估計點的代價值等於零；然後，分別統計每種分塊模式中所有運動估計點的代價值之和，按所有運動估計點代價值之和最小的一種分塊模式及其相應的運動矢量，調整當前幀圖像中感興趣區域包含的宏塊與感興趣區域之外的宏塊之間的劃分邊界，從而重新劃分出當前幀圖像中感興趣區域之外的各個宏塊； 43)將當前幀圖像中重新劃分出的感興趣區域之外的各個宏塊的條帶組序號初始化為0，並將重新劃分出的感興趣區域之外的各個宏塊的宏塊類型參數恢復為其各自在H.264視頻編碼標準中初始定義的宏塊類型參數，然後採用H.264視頻編碼標準再次對當前幀圖像中重新劃分出的感興趣區域之外的各個宏塊進行編碼處理。
3.根據權利要求1所述基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，所述步驟A中，預先設定的巡遊方向的數量K為8。
4.根據權利要求1所述基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，所述步驟22中，「判斷當前幀圖像中各個宏塊是否屬於感興趣區域」的具體方式為:若宏塊的左上角像素點位於所述感興趣區域覆蓋的像素範圍內，則判定宏塊屬於感興趣區域；否則，判定宏塊不屬於感興趣區域。
5.根據權利要求1所述基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，所述步驟22中，「判斷當前幀圖像中各個宏塊是否屬於感興趣區域」的具體方式為:若宏塊中超過一半的像素點位於所述感興趣區域覆蓋的像素範圍內，則判定宏塊屬於感興趣區域；否則，判定宏塊不屬於感興趣區域。
6.根據權利要求 1所述基於感興趣區域的H.264視頻加密方法，其特徵在於，所述步驟23中，預先設定的置亂掃描順序是逐行掃描、逐列掃描、隨機亂序掃描、自定義順序掃描中的一種。
【文檔編號】H04N19/129GK103546750SQ201310499590
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月22日 優先權日:2013年10月22日
【發明者】郭雨, 柏森, 朱桂斌, 郭輝, 唐鑑波 申請人:中國人民解放軍重慶通信學院