本申请实施例提供了一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加解密方法。加密方法包括：检测并追踪原始视频序列中的ROI区域；建立自同步混沌流密码系统，迭代生成伪随机序列；根据ROI区域更新待加密的Tiles列表，将包含加密Tile信息的数据写入SEI中；利用伪随机序列对ROI区域对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位分别加密，得到加密后的视频流。本申请同时公开其解密方法。本申请的加密方法能够实现对视频中的ROI检测和追踪，加密区域的大小能随ROI区域的变化而变化，且当一帧视频中同时存在多个ROI时，能对它们都实施加密，具有较好的隐私保护效果和较高的加密效率。隐私保护效果和较高的加密效率。隐私保护效果和较高的加密效率。
【技术实现步骤摘要】
基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加解密方法
[0001]本申请涉及视频加解密
，尤其涉及一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加解密方法。
技术介绍
[0002]监控视频中自然人的隐私等安全问题，日益受到人们的关注。加密是解决这些问题的一种有效方法，目前的一些视频加密方法，是对整帧视频进行加密，并不适用于实时的视频监控。现有视频选择性加密技术的缺点是没有对视频帧的隐私区域进行区分，直接对整帧进行加密，导致加密效率不高。
技术实现思路
[0003]本申请实施例的主要目的在于提出一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加解密方法，能够实现对视频中的ROI检测和追踪，加密区域的大小能随ROI区域的变化而变化，且当一帧视频中同时存在多个ROI时，能对它们都实施加密，具有较好的隐私保护效果和较高的加密效率。
[0004]为实现上述目的，本申请实施例的第一方面提出了一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加密方法，所述方法包括：
[0005]检测并追踪原始视频序列中的ROI区域；
[0006]建立自同步混沌流密码系统，迭代生成伪随机序列；
[0007]根据所述ROI区域更新待加密的Tiles列表，将包含加密Tile信息的数据写入SEI中；
[0008]利用所述伪随机序列对ROI区域对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位分别加密，得到加密后的视频流。
[0009]在一些实施例，所述检测并追踪原始视频序列中的ROI区域，包括：
[0010]将所述原始视频序列划分为若干个图像组；
[0011]采用OpenCV中的DNN人脸检测算法模块对图像组中的关键帧进行检测；
[0012]获取人脸所在区域作为ROI区域，将ROI区域的四个顶点坐标转换为Tile的索引；
[0013]对于图像组中的前向参考帧，使用极坐标向量中值算法计算出ROI的运动轨迹；
[0014]计算出相应的极坐标向量中值后，将其作为ROI对应矩形框的运动向量，在原矩形框所在位置的基础上计算得出矩形框在下一帧中的位置，实现ROI最新坐标的追踪。
[0015]在一些实施例，所述建立自同步混沌流密码系统，然后迭代生成伪随机序列，包括：
[0016]建立三维离散时间混沌系统为X(k+1)＝A3×3X(k)+B3×1，
[0017]式中k＝1,2,3,L，X(k+1)＝[x1(k+1),x2(k+1),x3(k+1)]T
，X(k)＝[x1(k),x2(k),x3(k)]T
，A3×3为包含非线性函数的标称矩阵，B3×1为反馈控制器，A3×3和B3×1的具体形式为
[0018][0019]式中函数mod(
·
)表示取模运算，参数μ＝1
×
10
11
，σ＝6
×
103，ε＝2.2
×
105，
[0020][0021]根据所述三维离散时间混沌系统，将p(k)密文反馈回混沌系统的控制器中，得自同步混沌系统的迭代方程为：
[0022][0023]利用迭代生成的多个混沌状态变量得到伪随机序列，其数学表达式为：
[0024]式中符号表示向下取整，所生成的伪随机序列用于进行加密运算。
[0025]在一些实施例，所述根据所述ROI区域更新待加密的Tiles列表，将包含加密Tile信息的数据写入SEI中，包括：
[0026]选用User data unregistered类型的SEI作为传输Tile信息的载体，将Tile索引执行加密运算后存入SEI，加密运算为：
[0027][0028]式中Idx为待加密列表中的Tile索引,enc_Idx为加密后Tile索引，s
(e)
为用于加密的伪随机序列。
[0029]在一些实施例，所述利用所述伪随机序列对ROI区域对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位分别加密，包括：
[0030]对MVD符号位加密：
[0031][0032]式中coeffsign为MVD的符号位，enc_CoeffSign为加密后MVD的符号位；
[0033]对MVD的值加密：
[0034][0035]式中abs_mvd_minus2为MVD的值，enc_abs_mvd_minus2为加密后MVD的值；
[0036]QTC符号位的编码采用旁路编码，以系数组CG为单位，对QTC符号位加密：
[0037][0038]式中org_coeff为QTC符号位的值，enc_coeff为加密后QTC符号位的值，numNonZero指示CG中非零系数的个数，最后编码获得加密后的视频流。
[0039]为实现上述目的，本申请实施例的第二方面提出了一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI解密方法，所述方法包括：
[0040]利用自同步混沌流密码系统生成伪随机序列；
[0041]利用生成的所述伪随机序列解密视频流文件中的SEI信息，提取待解密Tiles列表；
[0042]解密ROI对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位，解码解密后的HEVC视频。
[0043]在一些实施例，所述利用自同步混沌流密码系统生成伪随机序列，包括：
[0044]建立具体的三维离散时间混沌系统为X(k+1)＝A3×3X(k)+B3×1，
[0045]式中k＝1,2,3,L，X(k+1)＝[x1(k+1),x2(k+1),x3(k+1)]T
，X(k)＝[x1(k),x2(k),x3(k)]T
，A3×3为包含非线性函数的标称矩阵，B3×1为反馈控制器，A3×3和B3×1的具体形式为
[0046][0047]式中函数mod(
·
)表示取模运算，参数μ＝1
×
10
11
，σ＝6
×
103，ε＝2.2
×
105，
[0048][0049]根据所述三维离散时间混沌系统，将p(k)密文反馈回混沌系统的控制器中，得自同步混沌系统的迭代方程为：
[0050][0051]迭代生成的多个混沌状态变量得到伪随机序列，其数学表达式为：
[0052]式中符号表示向下取整，所生成的伪随机序列用于进行解密运算。
[0053]在一些实施例，所述利用生成的所述伪随机序列解密视频流文件中的SEI信息，提取待解密Tiles列表，其解密运算为：
[0054][0055]式中dec_Idx为解密后的Tile索引，s
(d)
为用于解密的伪随机序列。
[0056]在一些实施例，所述解密ROI对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位的解密运算为：
[0057][0058]式中dec_coeffsign为解密后的MVD符号位；
[0059]对MVD值解密：
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于自同步混沌流密码的HEVC视频ROI加密方法，其特征在于，所述方法包括：检测并追踪原始视频序列中的ROI区域；建立自同步混沌流密码系统，迭代生成伪随机序列；根据所述ROI区域更新待加密的Tiles列表，将包含加密Tile信息的数据写入SEI中；利用所述伪随机序列对ROI区域对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位分别加密，得到加密后的视频流。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测并追踪原始视频序列中的ROI区域，包括：将所述原始视频序列划分为若干个图像组；采用OpenCV中的DNN人脸检测算法模块对图像组中的关键帧进行检测；获取人脸所在区域作为ROI区域，将ROI区域的四个顶点坐标转换为Tile的索引；对于图像组中的前向参考帧，使用极坐标向量中值算法计算出ROI的运动轨迹；计算出相应的极坐标向量中值后，将其作为ROI对应矩形框的运动向量，在原矩形框所在位置的基础上计算得出矩形框在下一帧中的位置，实现ROI最新坐标的追踪。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述建立自同步混沌流密码系统，然后迭代生成伪随机序列，包括：建立三维离散时间混沌系统为X(k+1)＝A3×3X(k)+B3×1，式中k＝1,2,3,L，X(k+1)＝[x1(k+1),x2(k+1),x3(k+1)]
T
，X(k)＝[x1(k),x2(k),x3(k)]
T
，A3×3为包含非线性函数的标称矩阵，B3×1为反馈控制器，A3×3和B3×1的具体形式为式中函数mod(
·
)表示取模运算，参数μ＝1
×
10
11
，σ＝6
×
103，ε＝2.2
×
105，根据所述三维离散时间混沌系统，将p(k)密文反馈回混沌系统的控制器中，得自同步混沌系统的迭代方程为：
利用迭代生成的多个混沌状态变量得到伪随机序列，其数学表达式为：式中符号表示向下取整。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述ROI区域更新待加密的Tiles列表，将包含加密Tile信息的数据写入SEI中，包括：选用User data unregistered类型的SEI作为传输Tile信息的载体，将Tile索引执行加密运算后存入SEI，加密运算为：式中Idx为待加密列表中的Tile索引,enc_Idx为加密后Tile索引，s
(e)
为用于加密的伪随机序列。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用所述伪随机序列对ROI区域对应的MVD符号位、MVD的值和QTC符号位分别加密，包括：对MVD符号位加密：式中coeffsign为MVD的符号位，enc_Coeff...
【专利技术属性】
技术研发人员：林卓胜，叶斌辉，
申请(专利权)人：五邑大学，
类型：发明
国别省市：
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