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压缩视频安全方法研究

作　者: 陈志玉
导　师: 宋建新
学　校: 南京邮电大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 选择性加密高级加密标准图像参数集序列参数集熵编码
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 55次
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内容摘要

针对日益严重的视频数据内容安全问题以及其具有易复制、易修改等特点，通过对最近几年的视频加密技术和水印技术的分析研究，结合H.264/AVC视频的压缩特点，本文提出了三种视频内容保护算法，分别是基于ISP的安全级别可分的加密算法（SLDE-ISP）、基于熵编码CAVLC的选择性加密算法（SE-CAVLC）和联合视频加密和水印的保护算法。其中，第一、二种算法采用高级加密标准（AES）的密码反馈（CFB）模式对视频数据进行加密，此加密算法的优点是加密简单、运算速度快，并且它是一种流密码算法。第一种算法，是对I帧、图像参数集（PPS）和序列参数集（SPS）的比特流进行加密。为了满足加密数据的可操作性，本文研究了PPS和SPS的句法元素，只对PPS、SPS的部分句法元素进行加密。针对不同视频应用所需求的安全级别不同，在宏块级别选取I帧一定数量的宏块进行加密，与加密PPS、SPS句法元素相结合，得到安全级别可分的加密算法。最后，从算法的安全性、实时性、压缩率等方面进行性能分析。实验结果表明，本算法达到了视频内容安全的要求，满足实时性，并减少了加密数据量。第二种算法，是基于熵编码CAVLC加密视频数据，只对拖尾系数符号和除拖尾系数外的非零系数幅值加密。为了减少加密数据量，本文引入了一个视频质量判断阈值，当宏块质量大于阈值时就要加密，否者不需要加密。其中，视频质量用峰值信噪比PSNR表示。实验结果表明，本算法在达到视频内容安全要求的基础上，满足实时性，减少了加密数据量并且加密数据具有可操作性。第三种算法，是把水印技术和加密技术结合起来去保护视频安全。考虑到当视频被解密后视频提供者就不能再证明此视频的版权，论文引入了水印技术来解决这一问题。水印算法是基于DCT变换系数嵌入水印信息的，通过生成的公钥Kp和视频提供者的私钥Ks模二运算得到密钥K，利用K的比特位选择AC系数去嵌入水印。加密算法是利用水印技术的思想设计的，根据前人DCT域的AC系数置乱加密算法的启示，为了不改变压缩比特率，利用水印算法中生成的密钥K选择AC系数码流的比特位，然后对其进行修改。实验结果表明，水印算法在I帧的每一宏块都嵌入了多于1比特的水印信息，鲁棒性好且在视觉上没有改变视频质量，起到了保护视频版权的作用；加密算法符合密码协议的设计要求，安全性高。实验结果也证明了联合视频保护算法满足各个性能指标的要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
专用术语注释表  9-10
第一章绪论  10-17
  1.1 课题背景与研究意义  10-11
    1.1.1 课题背景  10-11
    1.1.2 研究意义  11
  1.2 国内外研究现状  11-14
  1.3 研究内容及论文安排  14-17
    1.3.1 研究内容  14-15
    1.3.2 论文安排  15-17
第二章基于 ISP 的安全级别可分加密算法  17-39
  2.1 引言  17-18
  2.2 视频加密算法  18-23
    2.2.1 加密模型及加密算法  18-22
    2.2.2 完全加密和部分加密  22-23
  2.3 安全级别可分加密算法  23-30
    2.3.1 H.264 码流分析  24-27
    2.3.2 视频保护级别  27
    2.3.3 加密算法  27-30
    2.3.4 解密算法  30
  2.4 实验结果与性能分析  30-38
    2.4.1 性能指标  30-31
    2.4.2 实验结果  31-37
    2.4.3 性能分析  37-38
  2.5 本章小结  38-39
第三章 CAVLC 熵编码数据的选择加密算法研究  39-58
  3.1 引言  39-40
  3.2 熵编码 CAVLC 编码过程与实例解析  40-43
    3.2.1 熵编码 CAVLC 编码过程  40-42
    3.2.2 熵编码 CAVLC 编码实例  42-43
  3.3 SE-CAVLC 算法  43-49
    3.3.1 熵编码语法元素分析及其加密流程  44-46
    3.3.2 加密算法  46-48
    3.3.3 解密算法  48-49
  3.4 实验结果与性能分析  49-57
    3.4.1 实验结果  49-54
    3.4.2 性能分析  54-57
  3.5 本章小结  57-58
第四章联合视频水印和加密的视频保护算法  58-74
  4.1 引言  58-59
  4.2 联合水印、加密的视频保护算法  59-60
  4.3 视频水印算法  60-64
    4.3.1 水印嵌入位置的选择  60-61
    4.3.2 水印嵌入算法  61-64
    4.3.3 水印提取  64
  4.4 视频加密算法  64-66
    4.4.1 加密算法  65-66
    4.4.2 解密算法  66
  4.5 实验结果及性能分析  66-73
    4.5.1 水印算法实验结果与分析  66-69
    4.5.2 加密算法实验结果与分析  69-71
    4.5.3 联合视频加密水印算法性能分析  71-73
  4.6 本章小结  73-74
第五章总结与展望  74-76
  5.1 论文总结  74-75
  5.2 工作展望  75-76
参考文献  76-79
攻读硕士学位期间撰写的论文  79-80
致谢  80

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