基于H.265的视频加密方案的研究

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视频作为现代社会信息共享的重要载体,随着信息和通信技术的飞速发展,应用越来越广泛。为了解决数据量庞大的视频信号在传输和存储方面带来的挑战,视频的压缩技术一直在更新换代,具有出色压缩性能的H.265/HEVC(High Efficiency Video Coding)标准将逐渐成为主流。而网络的开放性使得视频信息能够更容易的被窃取,同时随着人们版权意识的加深,视频信号的加密成为了重要的研究内容。因此,结合H.265/HEVC编码标准进行视频加密方案的研究,主要内容如下:1、基于H.265/HEVC提出了将变换系数置乱和语法元素加密相结合的全帧加密方案。根据变换单元(Transform Unit,TU)的尺寸进行不同的置乱方案,利用Arnold变换对4×4大小的TU进行置乱,对于其他尺寸的TU,设计了一种根据TU的DC系数近似分布规律初始化的移位加密器对DC系数进行移位加密。同时利用Logistic混沌序列对熵编码过程中部分采用旁路编码的语法元素进行加密。实验结果表明,该方案具有较高的安全性,加密后的测试视频序列可视性极低,峰值信噪比(PSNR)均低于13dB,结构相似性(SSIM)低于0.55,压缩率仅降低了1.126%,也只带来0.17%的编码时间增长。2、出于对运动对象信息保护的目的,利用帧差法进行运动对象检测,再将帧差图二值化、腐蚀、膨胀处理得到“前景二值图”。对其与当前帧的每个编码单元(Coding Unit,CU)对应位置处的像素值进行统计,把“前景”像素比例超过阈值的CU定义为待加密CU。接着对待加密CU的YCb Cr三分量和语法元素两部分进行加密,能够很好的保护运动对象的信息。实验结果表明,视频中包含的运动对象数目越多、运动越剧烈,加密效果越好,同时加密后视频的PSNR和SSIM会随着帧数的增加而递减,满足感知加密以部分内容吸引用户消费的需求。3、利用视频具有大量时域冗余的特点进行帧采样,并通过显著性检测、二值化、腐蚀、膨胀得到“二值显著图”。通过统计不同序列在不同Tile均匀划分情况下的编码文件大小来设定不同的划分等级,并依据一定规则选出最优的划分方案进行部分Tile的语法元素加密,利用相邻采样帧“二值显著图”的差值来动态改变划分和加密方案。实验结果表明,该方案在保证对感兴趣目标有较好的加密效果的同时,对压缩率的影响较小,PSNR和SSIM都处于一个较低的水平,同时与方案二形成很好的互补。
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