一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法技术

本发明专利技术提供一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，该方法直接对压缩码流进行处理，先根据视频的分块信息对其进行分组，对其中的兴趣块和随机块进行加密，作为附加信息置于码流末尾，再部分加密剩余块中的数据，将其组织成一个新的分辨率稍小的视频；加上附加信息，得到加密码流。该方法加密了视频的时域、空域以及结构信息，减少了边信息泄漏，加强了对视频内容的保护。本发明专利技术方法能够为感兴趣区域提供专门的保护，能适应于不同的应用场景，同时，也保留了对加密视频进行检测处理的能力，可以为视频监控系统、云存储等应用提供帮助。

【技术实现步骤摘要】
一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法
本专利技术涉及多媒体信息安全领域，更具体地，涉及一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法。
技术介绍
近年来，随着多媒体技术的发展，人们对于视频内容、隐私保护的相关技术越来越重视。相对于图片数据，视频数据具有体积大，图像帧之间相关性强等特点。通常来说，视频都是经过压缩编码，以方便存储和传输。这就使得视频上的加密技术与普通的加密技术有所不同，例如，通常在加密视频内容的同时，要保持其格式兼容性。如何兼顾安全性、格式兼容以及应用场景的其他需求，是视频加密技术一个挑战。对于压缩视频码流来说，现有方法主要针对视频码流中的空域、时域相关参数进行加密。但如果从安全性的角度来考虑，这样的算法都存在着隐私泄露的风险。特别地，经过加密的媒体数据本身结构与加密前没有太大的区别。媒体数据自身的结构(块顺序、帧顺序等)附带了大量的边信息。这些未加密的结构信息，很有可能导致隐私泄露。由于经过压缩编码的媒体数据结构复杂，前后文往往具有高度相关性，并且不同的媒体数据格式所使用的编码标准不尽相同；同时，还需要考虑编码效率、加密时间等问题，对媒体数据的结构信息进行加密是一项艰巨的任务。加密空域、时域相关参数，提供了一种全局的轻量级保护；它不能满足不同应用场景对于感兴趣区域进行可控的调整，以及专门的局部保护的需求。此外，加密的视频往往用于云存储系统等场景，需要保留对加密视频一定的处理能力。基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，根据CAVLC编码的特点，加密了H.264/AVC视频的时域、空域参数以及结构信息；同时，为感兴趣区域提供了专门的保护，提高了加密算法对隐私内容的保护能力；它也保留了对加密视频进行检测处理的能力，兼顾了视频处理与视频内容保护的两种需求。
技术实现思路
本专利技术提供一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，该方法能够高效的对CAVLC编码的H.264/AVC编码的视频进行加密。为了达到上述技术效果，本专利技术的技术方案如下：一种H.264/AVC视频格式兼容加密方法，包括以下步骤：S1：根据码流中分块信息，对视频进行分组；S2：将感兴趣块、随机选择块分别进行加密；S3：对剩余块使用部分加密；S4：将S3生成的部分加密块组织为格式兼容的加密视频码流，其后是S2生成的加密块打包成的NALU。进一步地，所述步骤S1的具体过程是：S11：定位出视频中属于感兴趣区域的块位置，将这些块记为感兴趣块R，R中用Mp1记录位置信息；S12：随机选择一些块，记为随机选择块S。在S中，使用Mp2记录位置信息。特别地，S中用skip块替代相应的R中的感兴趣块；S13：剩余块记为O。进一步地，所述步骤S2的具体过程是：S21：利用AES-CFB对R中的所有比特进行加密；S22：对于S中的数据进行部分加密，之后，利用AES-CFB对所有比特进行加密。进一步地，所述步骤S3的具体过程是：对于加密O中每个块：S31：加密其帧内预测模式IPM；S32：加密其运动向量残差MVD码字的后缀；S33：加密其非零系数的后缀及其符号；进一步地，所述步骤S4的具体过程是：S41：将加密后的R中的数据打包为类型22的NALU；S42：将加密后的S中的数据打包为类型23的NALU；S43：重新组织加密后的O中的数据为一段视频，记为NVB，并重新计算NVB中参数集中的部分参数；S44：将NVB中相关的原始参数及R、S中相关的参数集记为P，将其完全加密后，打包为类型17的NALU；S45：将这些NALU置于NVB的码流之后，从而得到加密后的视频码流。进一步地，该方法能够根据需求选择感兴趣区域进行加密，同时，可以利用部分密钥，进行加密视频的检测处理，具体过程是：S51:解密NALU类型为23的NALU中的内容，得到部分加密的随机选择块S52:解密NALU类型为17的NALU中的内容，得到部分加密的原始参数S53:根据Mp2从以及部分加密的剩余块恢复出具有原始视频结构的视频。在这个视频中，感兴趣块所在区域信息已经由skip块代替，以用于检测处理。对应的解密方法具体过程是：S61:依次解密NALU类型为17，23中的NALU中的内容，得到随机选择块S和原始参数P；S62:解密NALU类型为22中的内容，得到感兴趣块R；S63:解密NVB中的内容，得到剩余块O及其他参数；S64:根据Mp1，Mp2恢复原始视频结构，利用解密后的数据进行后续解码工作。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术方法针对CAVLC编码的H.264/AVC视频，先对视频进行格式兼容部分加密，再对感兴趣区域进行完全加密，为感兴趣区域的内容提高了更好的保护。同时，加密了视频结构信息，减少了边信息泄漏导致视频内容泄漏的风险。此外，该方法能够根据不同的应用场景选择不同的感兴趣区域，更适应于实际应用拓展；同时利用多个密钥，使得能够在敏感信息不泄漏的情况下，保留对加密视频的检测处理能力，从而可以为视频监控系统、云存储等应用提供帮助。附图说明图1是采用本专利技术方法的基本流程图；图2是采用本专利技术方法实现加密的框架图；图3是采用本专利技术方法密钥的构成图；图4是采用本专利技术方法加密的视频帧的例子。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。实施例1如图1，为本专利技术方法中基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密的流程图。其中加密的实现框架如图2所示，先对感兴趣块和随机选择块进行加密，将其作为附加信息，置于经过部分加密的剩余块之后，得到经过加密的视频码流。其具体步骤如下：(1)对视频数据进行分组，具体的，按照以下方式对视频的块数据进行分组：①根据不同应用场景选择不同的检测算法，例如人脸检测，定位出视频中属于感兴趣区域的块，将这些感兴趣块的集合记作R；此外，在R中用Mp1记录感兴趣块对应的位置信息。具体地Mp1是由0，1组成的序列，其中1表示视频中对应位置的块为感兴趣块，0则表示视频中对应位置的块为非感兴趣块。R可以表示为如「Mp1，……，0，ri，0，……」的形式，其中0为间隔符，ri表示一个感兴趣块。②随机选择一些块，记其集合为S；在S中，用Mp2记录由哪个集合获取原始视频块的信息；为了能够在不泄漏感兴趣块内容的情况下恢复出原始视频结构，以用于检测处理，S中用skip块替代相应的R中的感兴趣块；因此，S中既包含原本即为skip的块，也包含用于替代感兴趣块的skip块。具体地，Mp2可以表示为由0，1组成的序列，其中1表示对应块为在S中，0则反之。S的一个例子可以是「Mp2，……，0，si，0，skip，0，……」，其中0为间隔符，si表示一个随机选择块，skip是一个跳过宏块(I帧中用另一个随机选择块代替)，skip用于替代对应位置的感兴趣块，使得视频能够使用恢复部分边信息用于检测处理操作。③将剩余块的集合记为O。(2)对R和S进行加密：①对于R中的数据，利用AES本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据码流中分块信息，对视频进行分组；S2：将感兴趣块、随机选择块分别进行加密；S3：对剩余块使用部分加密；S4：将S3生成的部分加密块组织为格式兼容的加密视频码流，其后是S2生成的加密块打包成的NALU。

【技术特征摘要】
1.一种基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：根据码流中分块信息，对视频进行分组；S2：将感兴趣块、随机选择块分别进行加密；S3：对剩余块使用部分加密；S4：将S3生成的部分加密块组织为格式兼容的加密视频码流，其后是S2生成的加密块打包成的NALU。2.根据权利要求1所述的基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是：S11：根据不同应用场景选择不同的检测算法，例如人脸检测，定位出视频中属于感兴趣区域的块，将这些感兴趣块的集合记作R；此外，在R中用Mp1记录感兴趣块对应的位置信息；S12：随机选择一些块，将其集合记为S；类似地，S中用Mp2记录位置信息；此外，在S中用skip块替代相应的R中的块，用于加密视频处理操作；S13：将剩余块记为O。3.根据权利要求2所述的基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，所述步骤S2的具体过程是：S21：对于R中的数据，利用AES-CFB对其中的每一个比特进行加密；S22：对于S中每一个块中的数据，进行部分加密后，再通过AES-CFB对所有比特进行加密。4.根据权利要求2所述的基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，所述步骤S3的具体过程是：S31：加密O中数据的帧内预测模式IPM；S32：加密O中数据的运动向量残差MVD码字的后缀；S33：加密O中数据的拖尾系数符号，非零系数的后缀及其符号。5.根据权利要求4所述的基于CAVLC编码的H.264/AVC视频格式兼容加密方法，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑培嘉，郭剑艇，黄继武，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：广东,44