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基于H.265的视频加密算法研究与实现

基于H.265的视频加密算法研究与实现

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作者：陈谢杭州电子科技大学

学位级别：硕士

随着数字媒体和网络技术的快速发展,一系列的视频压缩标准被提出来,从之前的H.263标准,到现在广泛使用的H.264标准,并且已经应用在视频各个领域,比如数字电视、网路点播、视频会议、视频监控、医学成像、数字摄影等领域。然而,在这些应... 详细信息

随着数字媒体和网络技术的快速发展,一系列的视频压缩标准被提出来,从之前的H.263标准,到现在广泛使用的H.264标准,并且已经应用在视频各个领域,比如数字电视、网路点播、视频会议、视频监控、医学成像、数字摄影等领域。然而,在这些应用中,视频的内容有被非法窃取和肆意破坏的可能,这将会对人们的生活和社会的稳定产生重大威胁。因此对视频内容及其版权的保护变得尤为重要。目前,大量研究者针对视频内容保护提出了相关的加密算法,取得了不少相关的研究成果,对视频内容的保护起到了积极的作用。然而,现有的视频加密算法或多或少存在一些问题。例如,基于编码过程中的符号加密算法,其加密空间非常有限,加密系统和视频内容的安全性较低;基于熵编码CABAC的加密算法,其格式兼容性很难兼顾,不适合实际的应用;直接加密熵编码之前的语法元素的算法,影响了视频中信源的统计信息,使得编码性能降低;随着高清、超高清视频的发展,基于H.264等编码标准的加密算法已很难满足未来的需要。针对这些问题,本文提出了基于新一代视频编码标准H.265的视频加密算法,旨在解决加密过程中的视频安全性、视频的编码性能和视频的格式兼容性之间的平衡问题。相关工作如下:1)视频中的内容涉及到视频中的幅值信息,为此本文选择了变换系数为加密对象;要保持视频的压缩性能就不能改变编码过程中信源的统计信息,为此本文选择了变换系数的熵编码过程为加密阶段;CABAC作为H.265中唯一的熵编码器,要保证加密过程中视频格式的兼容性,本文对与变换系数相关的语法元素coeffbsevelemaining二进制过程中截断莱斯后缀码和K阶指数哥伦布后缀码进行加密。该语法元素是旁路编码,因此不会影响视频编码的压缩性能和比特率。在算法仿真阶段,对实验数据进行了重点分析。2)本文的第一个算法研究其本质上只是改变了视频中物体的幅值信息,并没有改变视频中的运动信息,基于这一点不足,提出了将运动信息和幅值信息进行联合加密的方案。具体做法是加密语法元素coeffbsevelemaining二进制过程中截断莱斯后缀码和K阶指数哥伦布后缀码的同时,再对H.265中新的运动矢量预测技术-Merge模式进行加密,以改变视频中物体的运动信息,达到更大程度上地视频扰乱效果。Merge模式的改变,不影响视频的格式兼容性,不过会在一定程度上影响编码性能。本算法旨在以微小的压缩性能降低和比特率增加为代价,实现了对视频内容更大程度上的保护。本文算法重点解决了幅值信息在CABAC熵编码过程中加密后视频格式不兼容的问题,并以视频格式兼容为前提,实现了编码性能和加密效果良好地统一。

关键词：视频加密 H.265/HEVC CABAC 二进制化运动矢量预测融合模式

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