【技术实现步骤摘要】
基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法
本专利技术涉及一种基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法,属于多媒体信息安全领域。
技术介绍
视频加密是一种能够保证视频信息完整性、机密性的有效手段。由于视频信息的数据量非常庞大,选择性加密就成为目前视频加密的主流方法。与完全加密不同,选择性加密是有选择地对数据中的重要信息进行加密,可以在加密安全性和计算复杂度之间达到折中。在某些重要的应用场合,如视频会议、视频电话等,加密需要保证任何视觉信息都不可见,且不能被攻击者重建,这类选择性视频加密算法被称为“完全保密”算法。然而,对于一些娱乐型的应用来说,如视频点播、付费电视和按次计费视频等,则无需“完全保密”。在这种情况下,加密算法只需要使加密视频的视觉质量下降到一定程度即可,此时仍有部分视频内容可以被感知。这种低质量的视频版本可以作为预览,以便吸引潜在用户购买高质量版本。为此,人们提出了感知视频加密机制。感知视频加密通过一个质量控制因子P∈[0,1]来调整由于加密而导致的视频视觉质量下降程度,往往与加密强度相对应,且P值越大,代表加密强度越大。H.264编码标准采用运动估计/补偿技术来有效去除时间冗余,从而可以大幅提高压缩效率。这种运动参考结构使得编码后的视频帧之间存在参考依赖性,如附图1所示,第n帧中的像素a会被第n+1帧中的像素b和c用作参考,同时第n+1帧中的像素b和c会被第n+2帧中的像素d、e和f用作参考,以此类推,直到该GOP(GroupofPictures)结束。显然,若后续帧中直接或间接参考像素a的像素数越多,则像素a与后续视频内 ...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法,其特征在于:该方法包括H.264编码视频的宏块运动参考率的统计、多层加密、质量控制,每个步骤具体采用的技术手段包括,S1H.264编码视频的宏块运动参考率统计,具体实现过程包括,S1.1对H.264的压缩码流进行分析,若当前宏块为帧间编码宏块,记录宏块中每个像素的参考帧帧号和参考像素在参考帧中的横、纵坐标值,将该像素的运动参考映射值加1;如果该参考像素也属于帧间编码宏块,则根据之前的记录找到其参考像素的位置,将该像素的运动参考映射值加1,以此类推,直到参考像素属于帧内编码宏块;S1.2重复步骤S1.1,统计所有像素的运动参考映射值;S1.3对每个宏块所包含像素的运动参考映射值取平均得到宏块运动参考率;S1.4计算每一编码帧的宏块运动参考率均值和方差;S2进行分层加密数据的选择,具体实现过程包括,S2.1从H.264的压缩码流中提取一个编码帧,若当前编码帧为帧内编码帧即I帧,利用该帧的宏块运动参考率均值和方差确定当前GOP中帧间编码帧即P帧数量;S2.2从H.264的压缩码流中提取一个编码宏块,若当前宏块属于I帧,则选为加密宏块,若当前宏块属于P帧且其运动参考率小于当前帧的宏块运动参考率均值,则选为加密宏块;若加密宏块为帧内编码宏块,则选取帧内预测模式和低频DCT系数符号为加密数据,若加密宏块为帧间编码宏块,则选取运动矢量残差符号和运动矢量残差幅值为加密数据;S3进行加密视频的质量控制,具体实现过程包括,视频感知加密中质量控制因子P用于调整视觉质量的下降程度,往往与加密强度相对应,P∈[0,1],且P值越大,代表加密强度越大;S3.1给定帧层质量控制因子PF,并根据I帧的宏块运动参考率均值和方差,对当前GOP选择相应的质量控制策略来选择加密帧数;S3.2给定宏块层质量控制因子PM并计算阈值,若已加密宏块的运动参考率总和小于该阈值,则加密下一个加密宏块,否则不再加密当前帧中的其他宏块;S3.3给定比特层质量控制因子PB作为加密比特数占所提取的总比特数的百分比,控制加密比特数;S3.4从码流中提取待加密的比特,然后采用RC4加密算法对提取出的比特进行加密;最后,将加密后的比特重置到原来的码流中,以保证加密后的码流能与H.264标准兼容,同时保持视频的压缩比不变;重复步骤S2~S3,直到加密完当前H.264码流中的所有编码帧。2.根据权利要求1所述的基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法,其特征在于所述H.264编码视频的宏块运动参考率统计具体包括以下步骤:首先,定义一个“运动参考率”来描述H.264编码器的帧间参考依赖程度;通过对具有不同运动剧烈程度的视频序列的宏块运动参考率进行统计分析,建立视频内容的运动剧烈程度与运动参考率之间的对应关系;依视频帧之间的像素参考关系,第n帧中第m个宏块的运动参考率γ(n,m)定义如下,其中Mi,j(n)表示第n帧的运动参考映射,定义为后续帧中以第n帧中像素p(i,j)为运动预测参考的像素点总数,MB(n,m)表示第n帧中第m个宏块,K表示一个宏块所包含的像素点个数;对于H.264编码视频,K=16×16。3.根据权利要求1所述的基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法,其特征在于所述的分层加密数据的选择具体包括以下内容:一种分层加密策略,从三个层次对加密数据进行选择,提高了加密的针对性;在帧层,根据运动剧烈程度动态地为每个GOP选择待加密的视频帧;在宏块层,根据宏块的运动参考率确定待加密的宏块;在码流比特层,则选择对视频重建质量最重要的比特进行加密;3.1帧层加密选择策略感知加密重点关注的是视觉质量,由于编码视频帧之间存在着参考依赖性,因此并不需要对GOP中的所有视频帧均加密;为了提高加密效率,本方法根据运动剧烈程度动态地为每个GOP选择加密的P帧数;确切地说,是利用运动参考率来确定加密的P帧数NP_enc,公式如下,其中NGOP为GOP中的视频帧数,σI和EI分别为当前GOP中I帧宏块运动参考率的标准方...
【专利技术属性】
技术研发人员:卓力,张强,沈浩杰,李晓光,张菁,
申请(专利权)人:北京工业大学,
类型:发明
国别省市:
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