[发明专利]一种面向视频流的混合编码加密方法

说明书

技术领域

本发明是一种对视频数据进行混合编码加密的方法，其作用是在视频数据的采集应用中保证数据安全性的同时满足实时性的要求。属于视频数据安全领域。

背景技术

随着无线传感技术快速发展以及网络日益普及化，视频传输模式正在得到越来越广泛地应用。如何保证视频数据在这样的网络中不被别人窃取或篡改，如何保证视频传输的安全性成了亟待解决的问题。同时，智能业务的应用越来越广泛，对一些视频应用的实时性要求也越来越高，如视频会议，网络视频等。若采用传统的加密方法，在整个视频进行H.264（一种视频压缩标准）编码完成后进行数据加密，则计算复杂、处理时间长的特性不能满足实时性的要求，不具有广泛的应用前景。事实上，图像块在经过整数变换、量化后得到的系数能量大部分集中系数矩阵对角线的左上角，即少部分数据包含了大部分能量，因此，考虑到H.264视频编码结构的特殊性，我们提出仅对少量部分重要数据在编码过程中同时进行加密的方法，研究与实践表明该方法能够保证视频数据安全性的同时，满足视频应用对实时性的要求。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提出一种面向视频流的混合编码加密方法，使得在对视频数据进行H.264编码的过程中增加加密的功能，实现两者的结合。这样既能保证视频数据的安全性，又能满足应用环境对实时性的要求。目前的加密方法一般没有考虑视频数据帧间的关联性，对数据全部加密，这样会带来较大的延迟。

技术方案：本发明的面向视频流的混合编码加密方法，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。

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；