[发明专利]一种面向视频流的混合编码加密方法

权利要求书

1.一种面向视频流的混合编码加密方法，其特征在于该方法将加密算法嵌入在标准的图像压缩编码方法H.264中，加密与编码同时进行，且仅加密部分低频数据，以满足视频流实时传输的要求；该方法中，首先对视频流按照H.264编码方式进行帧内和帧间预测编码，然后对编码产生的部分低频数据进行加密，最终获得加密的编码数据，整个加解密算法运行在嵌入式系统上；

其具体方法为：

1）将加密算法嵌入在H.264编码模块中；

2）加密算法采用一种高级加密方式AES的输出反馈模式；

3)待加密的低频数据为编码后的起始帧中的直流差分系数，以及帧间预测帧、帧间双向预测帧中的预测块的直流差分系数；其中，起始帧为I帧，帧间预测帧为P帧，帧间双向预测帧为B帧；

解密即为加密的逆过程，具体如下：

4）视频流解码时，按照帧的类型即I帧、P帧、B帧的不同，分别进行解密。

2.根据权利要求1所述的面向视频流的混合编码加密方法，其特征在于基于H.264的混合编码加密实现方法，采用的加密方法为AES加密算法的输出反馈模式OFB模式；AES明文数据块和密钥长度设定为128bit比特、192比特、256比特中得任意一个，令N_k=(4,6,8)表示三种密钥的长度，则AES作为密钥的比特流长度为32×N_k（N_k=(4,6,8)）；令N_b=(4,6,8)表示三种分组块的长度，即长为32×N_b（N_b=(4,6,8)）的明文数据可进行加密，得到的密文长度仍然为32×N_b；AES加密过程中重复轮的数目用N_r表示，N_r=10,12,14为分别采用三种长度密钥运算时的重复轮数；

定义输入有k比特的密钥K，n比特的初始向量IV以及r比特的明文分组块x₁……x_u(1≤r≤n)，产生r比特密文数据块C₁……C_u；I_j是第j个输入块，O_j是第j个输出块，CIPH_k(x)为密钥K对数据块x进行加密的前向加密函数；

AES加密算法需包含多轮重复和变换，即密钥扩展、初始轮、重复轮、最终轮；重复的每一轮又包括：字节变换、行移动、列混合、轮密钥加，然而最终轮中不包含列混合；

OFB模式的加密过程为：①IV→I₁，对于1≤j≤n，给定明文分组x_j；②对于2≤j≤n，O_j-1→I_j；③对于1≤j≤n，CIPH_k(I_j)→O_j，O_j最左侧的r比特→t_j；④对于1≤j≤n-1，导出r比特的密文分组c_j；⑤对于最一个密文块，最后一个明文块，可能是一个特殊的只含有u个比特的块，因此最后一个输出块中的u比特跟此明文块进行加密操作，余下的r-u比特将被丢弃。

3.根据权利要求1所述的面向视频流的混合编码加密方法，其特征在于所述对视频数据进行加密是根据帧的类型对数据进行不同的加密处理；选择编码后的I帧中的8×8块直流差分系数，以及P帧、B帧宏块中块间块的直流差分系数作为视频加密的对象，即对经过整数变换、量化后得到的位于对角线左上角、且集中大部分能量的直流系数，也即编码后的亮度/色度的残差数据进行加密。