基于复合混沌系统的视频加密技术研究

作     者：赵晓龙 

作者单位：中北大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李博

授予年度：2021年

学科分类：0810[工学-信息与通信工程] 08[工学] 0839[工学-网络空间安全] 081001[工学-通信与信息系统] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：HEVC 约瑟夫遍历 分段logistic映射 实时加密 熵编码 

摘      要：互联网技术的发展推动了视频技术的进步,商场里播放的大屏幕广告可以为消费者提供有效的购物信息,丰富了商场的设施。直播行业的兴起使得人们对视频清晰度的要求也有了很高要求,这也为视频技术的提高起到了推波助澜的作用。H.264/AVC编码标准于1995年提出来距今已经有25年的历史,旧的视频编码技术已经无法满足目前发展的需求,HEVC编码技术成为主流的视频编码技术,视频安全传输一直是一个十分重要问题,视频加密是保护视频安全的一种重要手段,因此研究HEVC视频加密技术是十分必要的。前人针对视频安全传输已经提出了很多视频加密方法,有很多学者是基于H.264/AVC编码标准提出的视频加密技术,但是H.264/AVC编码标准已经难以适应现在互联网技术的发展和人们日常生活的需要,也有的学者是基于HEVC编码标准提出的视频加密方案,但是加密技术复杂,难以满足实时加密,会影响视频加密效率,因此本文提出了一种基于HEVC编码标准的复合混沌系统的视频加密技术,视频信息其实就是由一帧一帧的图像信息构成,因此考虑将图像加密技术与视频加密联系起来,提出了一种改进约瑟夫遍历与分段logistic映射的图像加密算法,将该加密算法与HEVC编码视频中的DCT变化系数和运动矢量过程结合起来,得到基于复合混沌系统的HEVC视频加密算法,利用仿真实验得出了视频加密的效果图,通过视频加密检测指标对本文加密算法进行了分析。本文首先介绍了混沌系统的基本理论知识以及密码学的基本知识,对图像加密算法进行研究提出复合混沌系统的设计思路,将原始图像通过约瑟夫置乱和分段logistic映射扩散得出二维伪随机序列,其次从HEVC编码的概述和结构方面入手介绍了HEVC编码技术的基础知识,介绍了HEVC编码的几个重要过程,通过分析选取了DCT变化系数和运动矢量选取适合的二值化方法进行语法元素加密,将图像加密与视频加密结合起来,仿真结果表明基于复合混沌系统的HEVC视频加密算法加密效果良好,视频加密算法中复合混沌系统采用低维的混沌映射,计算复杂程度低,可以实现实时加密,应用范围较广,而且加密时选择熵编码中的旁路编码作为加密通道,不会改变视频码流和视频压缩比,因此可以更好地实现实时加密。