控制关键帧选择的H.264熵编码加密算法

目的常见的H.264熵编码加密是一种将加密方案与熵编码方式融合的视频安全算法,这种算法不仅加解密速度快且可保持数据格式不变,是一种兼容性的加密方案,但需要处理帧内所有数据。方法针对熵编码加密过程中存在的不足,提出了一种基于关键帧选择与熵编码相结合的视频加密方法,通过获取一帧中所有8×8子宏块的运动矢量,构造一个用于表示每一帧内容变化情况的向量F,然后将其欧几里德范数与阈值K比较,如果大于或等于阈值,则确定当前帧是关键帧,则在下一帧熵编码时加密其运动矢量差与残差系数值,否则不参与任何加密运算。结果通过控制阈值K的大小来决定关键帧的选择,并结合混沌序列加密关键帧数据来保证视频信息的安全性,与熵编码加密算法相比,加密数据平均减少数据量约为39.78%。结论实验结果表明该加密方法在保持编码后数据总量不变的情况下,以较小的时间代价获得了良好的加密效果,且与常规的熵编码加密算法相比大幅度减少了加密数据量。     

基于四叉树的多媒体安全编码方案

由于图像、音频、视频等媒体数据具有数据量大，实时性要求高等特点，这对于加密算法也提出了相应的要求，而且由于采用传统的基于数论的加密算法对数据完全加密不能满足实时性要求，因此产生了对部分加密算法的研究，但这些算法也不能完全保证数据格式不变和压缩比不变等更高的要求；如果将压缩编码和加密过程相结合，则既能满足实时性要求，又能保持数据格式不变。鉴于四叉树结构常被应用于图像编码中，为此提出了两种四叉树置乱算法，并将其用于四叉树编码、小波零树编码、基于四叉树的分形编码等图像和视频编码中。理论分析和实验结果表明，由于这些算法将加密与编码过程相结合，因此具有以下优点：具有较高的安全性，且加密效果好；不仅能保持编码格式不变，而且便于对数据的直接操作；既能保持压缩比不变，又不增加额外数据；具有较快速度，能满足实时性要求等。     

帧异或视频加密算法

提出一种针对H.264标准的新型视频加密算法,弥补了选择性加密压缩比变化及熵编码加密编码器不通用的问题。该算法将由密钥决定的一帧图像的细节与背景分别异或在原始图像帧的对应位置,生成视觉重叠图像以达到加密目的。实验结果表明,算法能够有效控制压缩率变化并可作为通用插件植入H.264编解码器中,适应于视频实时通信场合的需求。     

基于H.264和Rijndael的视频加密算法

根据网络视频数据量大、压缩率要求高、存储格式多样等特性,提出一种将Rijndael算法与视频数据压缩编码相结合的加密算法。将视频数据进行变换、量化后,在压缩编码之前对其加密,利用Rijndael算法的规律,恢复加密后数据的统计特性,使其与未加密编码数据保持相同的压缩比。实验结果表明,该算法可以在提高视频数据安全性的同时,保证视频质量与较高压缩率。     

空中无人平台视频图像加密算法研究

视频加密对于保护视频数据的安全具有重要作用,尤其在军事通信领域.通过分析现有的MPEG加密算法,给出了一种适用于空中无人平台的加密算法.此算法仅加密DC码字、AC系数符号位和运动矢量MV符号位,加密的数据量小,具有比较高的安全性.     

基于运动目标特征的关键帧提取算法

针对运动类视频特征不易提取且其关键帧结果中易产生较多漏检帧的问题,提出基于运动目标特征的关键帧提取算法。该算法在强调运动目标特征的同时弱化背景特征,从而防止由于运动目标过小而背景占据视频画面主要内容所导致的漏检和冗余现象。根据视频帧熵值将颜色变化明显的帧作为部分关键帧,对颜色未发生突变的帧根据运动物体的尺度不变特征变换（SIFT）获得帧内运动目标的特征点;最后分别根据帧熵值及运动物体SIFT点分布提取视频关键帧。实验表明该算法所得关键帧结果集不仅漏检率较低且能够准确地表达原视频内容。     

一个优化运动矢量码率分配的快速算法

从信息论的角度看，运动补偿的最终目的是极小化信源熵率。因此，对具有四叉树结构的运动矢量场，当使用叶部运动矢量替代相应根部运动矢量作运动补偿预测时，若编码运动矢量所增加的熵大于相应补偿帧差所减少的熵，则删除相应的叶部运动矢量，反之，则应使用叶部运动矢量替代根部的运动矢量。依据这一准则，该文通过对正向搜索的运动矢量场进行自下而上反向优化截断，得到了一个全局优化运动矢量场码率分配的快速算法。通过假设补偿帧差系数的选验概率分布，该文首先给出了一个闭式补偿帧差系数熵理论计算公式，考虑到视频压缩的有损特性，然后又对这个闭式理论公式作了带权修正，为了进一步提高运动矢量的编码效率，文中同时也给出了一种运动矢量融合方案。最后，该文在运动补偿的三维小波视频编码系统上对这个算法进行了验证和比较。模拟实验证实该文所提出的运动矢量码率分配算法不仅速度快而且收敛性态稳定，只要提供合适的搜索深度，总可以获得最佳的分配结果。由于优化算法避开了补偿帧差的具体后处理，因此该文的算法也可以应用到传统的DCT视频编码器。     

基于整数动态耦合帐篷映射的视频加密算法

针对高维混沌加密算法导致视频编码时耗过大的问题,引入整数动态耦合帐篷映射优化模型,提出一种有效的H.264/AVC视频加密算法,减少加密数据量,同时保证视频加密的安全性,兼顾视频的加密效率和加密安全。对加密算法的两级方案的加密效果进行了主客观评价和安全性分析。结果表明,加密方案的密钥空间大、伪随机序列生成效率高、抗攻击性强,同时压缩比和视频格式不变、加密时耗低,满足了视频加密中的实时性和安全性需求。     

几种典型视频加密算法的性能评价

视频加密对于保护视频数据的安全具有重要作用。将已有的几种典型MPEG视频加密算法，根据加密过程与压缩编码过程的关系不同，分为4类：完全加密算法，部分加密算法，DCT系数加密算法和熵编码过程加密算法，并从算法的安全性、压缩比、计算复杂度和可操作性几个方面对算法的性能分别做了评价，给出了理论分析和实验结果；结合各类算法的特点，指出了它们各自适应的应用场合。     

基于不变矩和Mean Shift聚类的视频关键帧提取

随着通信和多媒体技术的迅速发展,检索和浏览海量多媒体数据成为日益迫切的问题.关键帧提取技术在基于内容的视频检索中扮演了重要角色.提取的关键帧有两个主要作用:一是用它来静态表示视频的主题;其二是希望从关键帧中提取特征数据,作为多媒体数据库的数据源.以视频场景中运动目标的不变矩为特征提出了一种基于非监督聚类的关键帧提取算法.首先在视频序列中分离出运动目标,然后计算运动目标区域的各阶不变矩,并以不变矩向量作为特征,运用Mean Shift算法聚类有相似特征的视频帧,进而在每类中选取有代表性的视频帧作为关键帧.不同场景下的实验结果证实了本算法的可行性.     

基于矢量直方图迁移的视频加密域可逆隐写方案

针对压缩域视频隐藏算法嵌入容量低、不可见性差的问题,提出了一种H.264/AVC加密域的可逆隐写方案。首先由嵌入容量和载体大小决定参考帧间隔参数,并根据需要决定是否对载体进行加密;然后,根据待嵌视频帧数生成嵌入密钥;最后通过压缩视频中矢量直方图迁移,实现运动矢量上的可逆信息嵌入。所提方案通过指定解码参考帧,克服了由于运动矢量修改而造成的失真累加效应。所提方案兼容基于运动矢量的视频加密算法,视频的解密和信息提取分别依赖解密密钥和嵌入密钥,两者之间相互分离,在视频密文域或者解密后的明文域中均能提取信息并无损恢复视频载体。信息的安全性依赖于嵌入密钥,密钥长度可以根据需要控制,最大长度等于可嵌入信息的帧数。实验表明该方案计算复杂度低,安全度高,并可以根据嵌入负载调整容量和不可见性,与BCH码可逆嵌入方案相比PSNR值提高3~5 dB,平均嵌入容量增加5~10倍。     

基于运动矢量细化的帧率上变换与HEVC结合的视频压缩算法

将帧率变换技术与新型视频压缩编码标准HEVC相结合有利于提升视频的压缩效率。针对直接利用HEVC码流信息中的低帧率视频的运动矢量进行帧率上变换时效果不理想的问题,文中提出了一种基于运动矢量细化的帧率上变换与HEVC结合的视频压缩算法。首先,在编码端对原始视频进行抽帧,降低视频帧率;其次,对低帧率视频进行HEVC编解码;然后,在解码端与从HEVC码流中提取出的运动矢量相结合,利用前向-后向联合运动估计对其进行进一步的细化,使细化后的运动矢量更加接近于对象的真实运动;最后,利用基于运动补偿的帧率上变换技术将视频序列恢复至原始帧率。实验结果表明,与HEVC标准相比,所提算法在同等视频质量下可节省一定的码率。同时,与其他算法相比,在节省码率相同的情况下,所提算法重建视频的PSNR值平均可提升0.5 dB。     

基于AES的改进视频加密测试

为了使得视频加密技术具有更加良好的加密效果,在原本AES加密算法基础上进行了创新,通过加密元素的选取、运动矢量的加密方案设计、DCT变化系数的加密方案设计三部分进行了展开分析与实验。经过后续仿真验证,密钥敏感性得到了很好的提升;视频质量方面,改进后的AES算法的RGB直方图可知其加密效果和解密还原效果良好,经过对比分析,改进后的AES算法加密的SSIM值最小、PSNR值更低,即加密效果相对更好;经过计算可知,编码时间百分比增加了0.23%,解码时间百分比增加了8.56%,对NPCR、UACI以及加密前后视频帧像素对的相关系数等参数分别测试可知,相比前人的几种加密方式,改进后视频加密安全性能最好。综上分析可知,改进后视频加密效果最好。     

The study of selective encryption of motion vector based on the S-Box for the security improvement in the process of video

The Selective Encryption method encrypts the important and requisite parts of data. Since the method does not encrypt the whole of data, the amount of computation is small,which makes it faster and the resources can be used efficiently. The existing selective algorithms have vulnerabilities to the plain text attack and the image restoration attack using the motion vector. They are also vulnerable to the attack in storing and transmitting of the random table data using in encrypt and scramble. In this paper, we propose the selective encryption algorithm of motion vector based on S-Box to remove the vulnerabilities of the existing selective algorithms. The motion vectors generated by the end of motion estimation function of video encoding/decoding xored with S-Box table, are replaced to certain location by using mapping table. The S-Box and mapping table are generated by the secret key through the Rivest Cipher 4 (RC4) encryption algorithm. The proposed algorithm enhances the resistance against attacks through the reinforcement of video security, and thus, reduces the vulnerabilities of the existing algorithms such as I-Frame selective encryption and MVEA. Even though the level of security of the proposed algorithm is higher than the bit scrambling algorithms, it has much better security and higher processing rate than others selective algorithms.     

结合帧率变换与HEVC标准的新型视频压缩编码算法

相比于之前主流的H.264视频压缩编码标准,HEVC在保证重建视频质量相同的前提下,可以将码率降低近50%,节省了传输所需的带宽.即便如此,由于一些特定的网络带宽限制,为继续改善HEVC视频编码性能,进一步提升对视频的压缩效率仍然是当前研究的热点.本文提出一种HEVC标准编码与帧率变换方法相结合的新型的视频压缩编码算法,首先在编码端,提出一种自适应抽帧方法,降低原视频帧率,减少所需传输数据量,对低帧率视频进行编解码;在解码端,结合从HEVC传输码流中提取的运动信息以及针对HEVC编码特定的视频帧的分块模式信息等,对丢失帧运动信息进行估计;最后,通过本文提出的改进基于块覆盖双向运动补偿插帧方法对视频进行恢复重建.实验结果证实了本文所提算法的有效性.     

基于Lorenz混沌系统的MPEG视频加密算法

为解决视频信息的安全问题,提出了一种利用Lorenz混沌系统,将加密过程融入到压缩过程的MPEG视频加密算法。利用Lorenz系统所产生的三维混沌序列,分别在I帧、P帧和B帧的压缩过程中,对DC、AC系数以及运动矢量进行混沌加密,并对I帧中的亮度信息以块为单位进行混沌置乱。由于加密在压缩过程中完成,该加密算法具有较好的实时性和较高的安全性。     

基于H.264 SVC的视频分层加密算法研究

随着可伸缩视频编码SVC(Scalable Video Coding)的普及,针对可伸缩视频的安全问题也越来越受到重视。目前大部分加密方案都是针对H.264/AVC编码标准来设计的。分析SVC新采用的技术,并率先提出了一种针对其特点的新的分层加密方案。该方案选取不同以往的视频关键信息,如层间预测运动向量,质量可分级关键帧等作为加密对象,根据所选信息的类型,结合用户所需求的安全等级,进行算法设计。试验结果表明该方案具有加密效果好、密钥量较低、实时性高等优点,并可以适应不同安全性需求的应用场合。     

结合超混沌系统和Logistic映射的视频图像加密算法

对视频图像使用传统的单幅图像加密算法,容易出现算法耗时长、效率低等问题。为提高视频图像加密效率,通过使用细胞神经网络（CNN）超混沌系统和Logistic混沌映射,提出一种单帧逐一加密和多帧组合加密相结合的算法。根据视频帧使用SHA-256生成Logistic初值,经过Logistic映射迭代得到Logistic混沌序列,利用生成的混沌序列对视频帧逐帧扩散。将视频帧以二进制的形式组合成一个矩阵,把根据组合矩阵产生的初值代入CNN超混沌系统,利用得到的混沌序列对组合矩阵进行置乱,视频所有帧各像素点扩散、置乱一步完成,从而缩短加密时间。在此基础上,将组合矩阵重新分解为单帧图像,得到最终加密的视频图像。实验结果表明,在算法中使用高维超混沌系统安全性更高,能够有效缩短加密视频图像的耗时,且能抵抗统计攻击、差分攻击和暴力攻击,具有较好的安全性。     

一种基于二维Logistic混沌映射的VEA置乱加密算法设计

为解决视频信息的安全问题,本文提出了一种基于二维Logistic混沌映射的VEA置乱加密算法。先对视频数据中的I帧、P帧和B帧进行DCT转换,然后将DC、AC系数进行置乱,再利用二维Logistic混沌系统、产生的2组具有混沌特性的二进制流序列,对DC、AC系数进行两次混沌加密,得到加密的视频数据。通过使用混沌密钥进行二次加密的视频数据,具有安全性高、抵抗攻击能力强等特点。