基于感兴趣区域的h.264视频加密方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，该方法采用了基于三级密钥的加密处理方案，借助该三级密钥，改变H.264视频中感兴趣区域的视频编码参数后，再直接采用H.264视频编码标准进行编码处理，从而达到对感兴趣区域的局部加密效果，避免了直接对感兴趣区域内的像素值加以处理实现加密，降低了数据计算量及运算复杂度，有助于加快加密处理执行速度，减少了加密后码率增长量，加密后的视频数据在数据格式上能够与H.264标准编解码器兼容，能够直接应用于H.264视频的实时播放，并且还能够结合利用运动估计去漂移技术消除感兴趣区域加密对非感兴趣区域产生的加密扩散影响，提升加密视频的阅览效果。
【专利说明】基于感兴趣区域的H.264视频加密方法
【技术领域】
[0001]本发明属于多媒体信息安全中信息加密【技术领域】，具体涉及一种基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，通过该方法可以对H.264视频中的感兴趣区域进行实时的局部加密处理，并应用于H.264视频的实时播放。
【背景技术】
[0002]视频因其直观性、广泛性和高信息容量性，在人们生活娱乐和信息交流中占有十分大的比重。然而视频在网络传输中存在着恶意篡改窃听等问题，多媒体安全问题日益突出。
[0003]视频加密技术是视频数据保护领域一项重要的技术。视频加密技术是通过对编码后的视频数据流或者中间编码过程中数据的改变，使无解密密钥或者解密密钥错误的情况下，视频解码器无法正确的解码视频数据流或者解码后的视频无法正常的阅览。视频加密技术能够有效的保护视频内容，防止不法之徒窃取和篡改数据。视频加密技术的诸多特点和优点，已经受到了各国政府机关、情报部门、军事单位等的广泛关注和支持研究。因此视频加密技术的研究对于保障国家、军队、企业等的安全具有十分重要意义。
[0004]H.264作为新一代视频编码标准，相比于以往的视频压缩标准，H.264具有更高的压缩效率和良好的网络适应性。在图像重建质量相同时，H.264能够节省30%至50%的码率。H.264标准因其优异的性能使其在多媒体应用的各个领域得到广泛的应用，如视频点播、视频监控和视频会议等。因此，基于H.264标准的视频加密技术有着广泛的应用性。
[0005]目前绝大多数基于H.264视频的加密方法是将每帧视频全部进行加密，如专利名称为“H.264/AVC压缩域视频加密/解密装置及其加密/解密方法”和名称为“基于CAVLC编码的H.264视频加密方法”都是对整帧视频进行加密的。在一般的视频数据中，往往只需对感兴趣区域进行加密处理就可以达到良好的加密效果，而大量非感兴趣区域是不需要加密的，而传统对整帧视频进行加密的方法同样可以达到加密的效果，但是浪费了宝贵的计算资源和时间。而且在一些特殊的环境场合中，需要播放的视频中有些部分出于某种原因不便观看，传统的对整帧视频进行加密的方法往往不适合。基于以上原因，设计一种能够针对于感兴趣区域局部区域加密的视频加密方法就显得尤为重要。
[0006]但目前针对于感兴趣区域局部区域加密的视频加密方法主要存在几方面的问题。一方面，现有针对于感兴趣区域局部区域加密的视频加密方法，都主要通过对感兴趣区域局部区域内的像素值加以处理而使其弥散、模糊或不可见，进而达到加密效果，但这样的加密方法对数据的计算处理量较大，运算处理过程复杂，直接影响加密处理的执行速度，并且由于直接对像素值加以弥散、模糊等处理会导致像素数据的成倍增加，使得加密后码率增长量较大，难以满足视频实时加密和实时播放的需求。另一方面，现有针对于感兴趣区域局部区域加密的视频加密方法，往往存在加密扩散的影响，即被加密区域向非感兴趣区域扩散，造成感兴趣区域加密范围不准确的问题，降低了加密后视频播放的效果。
【发明内容】
[0007]针对现有技术中存在的上述问题，本发明目的在于提出一种基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，通过该方法可以对H.264视频中的感兴趣区域进行实时的局部加密处理，用以解决加密的数据计算处理量以及加密后码率增长量较大的问题，能够直接应用于H.264视频的实时播放。
[0008]为实现上述目的，本发明采用了如下技术手段:
[0009]基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，用于对待加密的H.264视频逐帧地进行感兴趣区域的局部加密处理；包括如下步骤:
[0010]A) Hamilton路矩阵生成步骤:
[0011]将待加密的H.264视频的图像区域划分为E行F列排布的EXF个宏块区，按照预先设定的巡游方向、巡游次序、巡游步长和巡游起始点，利用骑士巡游算法生成图像区域中各个宏块区的巡游序号，统计利用骑士巡游算法生成各个宏块区的巡游序号的过程中在各个预先设定的巡游方向上的巡游次数I1, I2, -,Ik,…，Ik，并由各个宏块区对应的的巡游序号按照各个宏块区的行列排布顺序排列构成Hamilton路矩阵H:
[0012]
【权利要求】
1.基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，用于对待加密的H.264视频逐帧地进行感兴趣区域的局部加密处理；包括如下步骤: A)Hamilton路矩阵生成步骤: 将待加密的H.264视频的图像区域划分为E行F列排布的EXF个宏块区，按照预先设定的巡游方向、巡游次序、巡游步长和巡游起始点，利用骑士巡游算法生成图像区域中各个宏块区的巡游序号，统计利用骑士巡游算法生成各个宏块区的巡游序号的过程中在各个预先设定的巡游方向上的巡游次数I1, I2, -,Ik,…，Ik，并由各个宏块区对应的的巡游序号按照各个宏块区的行列排布顺序排列构成Hamilton路矩阵H:
2.根据权利要求1所述基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，所述步骤B中，在步骤b3之后，还包括步骤b4: b4)加密区域扩散消除处理；该步骤包括: 41)统计待加密H.264视频的当前帧图像中感兴趣区域包含的N个宏块的所覆盖的像素范围A ； 42)重新对当前帧图像中感兴趣区域之外的宏块进行运动估计；运动估计过程中，按预设定的各种分块模式，将当前帧图像中感兴趣区域之外的每个宏块再次划分为若干个子宏块，以子宏块作为运动估计的运动位移量单位，并针对每种分块模式，判断感兴趣区域之外的每个运动估计点所在子宏块的四个角落像素点中是否存在至少一个角落像素点在感兴趣区域包含的N个宏块的所覆盖的像素范围A之内，若是则设定该运动估计点的代价值大于零，否则设定该运动估计点的代价值等于零；然后，分别统计每种分块模式中所有运动估计点的代价值之和，按所有运动估计点代价值之和最小的一种分块模式及其相应的运动矢量，调整当前帧图像中感兴趣区域包含的宏块与感兴趣区域之外的宏块之间的划分边界，从而重新划分出当前帧图像中感兴趣区域之外的各个宏块； 43)将当前帧图像中重新划分出的感兴趣区域之外的各个宏块的条带组序号初始化为0，并将重新划分出的感兴趣区域之外的各个宏块的宏块类型参数恢复为其各自在H.264视频编码标准中初始定义的宏块类型参数，然后采用H.264视频编码标准再次对当前帧图像中重新划分出的感兴趣区域之外的各个宏块进行编码处理。
3.根据权利要求1所述基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，所述步骤A中，预先设定的巡游方向的数量K为8。
4.根据权利要求1所述基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，所述步骤22中，“判断当前帧图像中各个宏块是否属于感兴趣区域”的具体方式为:若宏块的左上角像素点位于所述感兴趣区域覆盖的像素范围内，则判定宏块属于感兴趣区域；否则，判定宏块不属于感兴趣区域。
5.根据权利要求1所述基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，所述步骤22中，“判断当前帧图像中各个宏块是否属于感兴趣区域”的具体方式为:若宏块中超过一半的像素点位于所述感兴趣区域覆盖的像素范围内，则判定宏块属于感兴趣区域；否则，判定宏块不属于感兴趣区域。
6.根据权利要求 1所述基于感兴趣区域的H.264视频加密方法，其特征在于，所述步骤23中，预先设定的置乱扫描顺序是逐行扫描、逐列扫描、随机乱序扫描、自定义顺序扫描中的一种。
【文档编号】H04N19/129GK103546750SQ201310499590
【公开日】2014年1月29日 申请日期:2013年10月22日 优先权日:2013年10月22日
【发明者】郭雨, 柏森, 朱桂斌, 郭辉, 唐鉴波 申请人:中国人民解放军重庆通信学院