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随着互联网与多媒体通信技术的飞速发展,电子商务、视频点播、视频监控等多媒体通信系统已经得到了广泛应用。而移动通信、智能终端和无线局域网络等技术的发展使得人们通过无线移动终端快速、便捷地获取多媒体信息成为可能。但是由于网络的开放、共享等特点,使得多媒体信息很容易遭到攻击者的截取、窃听或者恶意篡改,多媒体信息安全问题变得日益突出。 视频加密是一种可以保障多媒体信息安全的有效手段。与传统的文本数据不同,视频信息具有数据量大、实时性要求高以及编解码结构复杂等特点,同时无线移动终端存在电池供能有限等问题,无法承担计算复杂度过高的视频加/解密算法。因此,在设计视频加密算法时,应综合考虑安全性、计算复杂度、码流格式兼容性、能量消耗等各方面的因素。为此,本文基于H.264视频编码标准,开展了面向无线移动终端的高效视频加密技术的研究工作,主要研究内容包括: 首先,根据H.264编码框架的预测机制和码流特点,引入“宏块运动参考率”来描述视频帧之间的参考依赖程度,并建立了视频运动剧烈程度和宏块运动参考率之间的关系模型。在此基础上,提出了一种基于运动参考结构的H.264视频加密算法。该算法在统计分析视频序列的宏块运动参考率的基础上,将每帧视频划分为运动相对剧烈的区域和运动相对平缓的区域,并根据划分结果选择待加密的宏块,同时在加密宏块的码流数据中,选择对视频重建质量最为重要的比特进行加密。通过上述双层选择方案,该算法能根据视频的不同运动剧烈程度自适应地选择加密数据,显著提高了加密的效率和针对性。研究结果表明,与现有的SEH264视频加密方法相比,本文提出的加密算法可以在保证视觉安全性和密码安全性的前提下,将加密计算复杂度降低50%。 其次,提出了一种质量可控的H.264分层感知视频加密算法。该算法从三个层次,即帧层、宏块层和比特层,选择视频码流中与视觉感知最相关的部分作为加密数据,然后结合分层数据选择策略设计了多层感知质量控制方法,每层均有一个感知质量控制因子,分别控制被加密的帧数、宏块数和比特数,可以为用户提供由粗粒度到细粒度的视觉感知质量控制,从而可以满足不同应用的个性化需求。实验结果表明,该算法能提供足够的安全性,能对不同内容的视频序列均实现大范围的视觉感知质量控制,且计算复杂度低,能够满足视频应用的实时性需求。 第三,提出了一种面向无线移动终端的能量有效视频加密方法。首先建立了AES加密算法的能量消耗与加密数据量之间的关系模型,并基于该模型测试了不同能耗情况下加密视频的视觉感知质量。然后,运用统计回归的方法建立了加密能耗与视觉安全性关系模型。在此基础上,提出了一种加密能量的最优化分配机制,实现能量在各个视频帧之间的优化分配,目的是在满足安全性要求的情况下,使得加密能耗达到最小。实验结果表明,与未优化分配加密能量的SEH264算法相比,本文提出的能量有效加密方法可以在能量有限的情况下获得更高的视觉安全性,或者在保证视觉安全性的前提下,能将加密所需的能耗平均降低65%。 最后,基于上述研究内容,搭建了一套无线局域网环境下的加密视频传输系统演示平台,用于对上述算法的有效性和可行性进行验证和演示。