基于H.264熵编码的视频加密技术研究

论文摘要

随着多媒体技术和网络通信技术的飞速发展,视频已经广泛地用于政治、军事、商业、医疗和教育等行业。除了政治和军事这两个需要高保密性的领域外,其它领域对视频加密的需求也越来越大。视频序列具有数据量大、编码结构特殊、实时性要求高等特点,这对视频加密算法提出了很高的要求。视频加密算法除了要有较高的安全性外,还必须具有较快的加密速度和保持压缩效率与编码格式不变。众多现有的视频加密方案都是在视频编码的熵编码之前进行加密,它们并不能完全满足前述对视频加密算法的要求。基于信源特性、结合熵编码过程的视频加密算法被认为是很好的研究方向。针对目前还没有基于H.264熵编码的视频加密方案的情况,本文对H.264的熵编码技术进行了详细研究,提出了与CAVLC和CABAC熵编码过程相结合的视频加密方案。CAVLC加密方案采用流密码体制,主要用于视频会议等实时多媒体应用。CABAC加密方案采用可灵活配置的加密模块和密文反馈模式,大大增强了安全性,主要用于存储视频和高清电视等应用。这两种加密方案可以分级,以满足不同加密级别的需求,安全覆盖了H.264的全部应用范围。理论分析和具体实验表明,这两种方案具有计算简单、安全高效、易于实现、不改变视频格式和压缩效率的优点。本文的研究可以应用到实际的系统中,也为今后在熵编码领域进行更好的加密算法的研究起到了抛砖引玉的作用。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 视频加密技术的研究背景
• 1.1.1 密码学的发展
• 1.1.2 视频编码的发展
• 1.1.3 视频应用的扩大
• 1.2 视频加密技术的发展状况
• 1.3 视频加密技术的研究意义
• 1.4 本文研究内容及章节安排
• 第2章 H.264视频编码标准简介
• 2.1 H.264的结构特征
• 2.1.1 视频格式
• 2.1.2 分层设计
• 2.1.3 档次和分级
• 2.2 H.264的关键技术
• 2.2.1 帧内预测
• 2.2.2 帧间预测
• 2.2.3 环路滤波
• 2.2.4 变换与量化
• 2.2.5 熵编码
• 2.3 H.264编解码过程
• 2.3.1 编码过程
• 2.3.2 解码过程
• 2.4 H.264的应用前景
• 第3章 视频加密基础
• 3.1 信息论基础
• 3.2 密码学基础
• 3.3 现有的视频加密技术
• 3.3.1 完全加密
• 3.3.2 选择加密
• 3.3.3 DCT系数加密
• 3.3.4 熵编码加密
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于CAVLC的视频加密方案
• 4.1 CAVLC编码过程
• 4.1.1 过程描述
• 4.1.2 编码示例
• 4.2 CAVLC加密方案
• 4.2.1 方案描述
• 4.2.2 加密示例
• 4.2.3 实验结果
• 4.2.4 方案分析
• 4.3 本章小结
• 第5章 基于CABAC的视频加密方案
• 5.1 算术编码原理
• 5.2 CABAC编码过程
• 5.2.1 二进制化
• 5.2.2 上下文建模
• 5.2.3 二进制算术编码
• 5.3 CABAC加密方案
• 5.3.1 方案描述
• 5.3.2 实验结果
• 5.3.3 方案分析
• 5.4 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文