基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法

摘要

本发明涉及基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法，属于多媒体信息安全领域；该分层加密策略，从三个层次对加密数据进行选择，提高了加密的针对性，即帧层加密选择策略；宏块层加密选择策略；比特层加密选择策略；从三个层次对不同运动剧烈程度的视频序列动态地选择加密数据，保证对视频视觉质量最为重要的帧、宏块和比特被加密；本发明所述方法能对不同运动剧烈程度的视频序列均实现多粒度、大范围的视觉质量控制，可以满足不同多媒体应用的个性化需求。

主权项

基于运动参考结构的H.264压缩域分层感知加密方法，其特征在于：该方法包括H.264编码视频的宏块运动参考率的统计、多层加密、质量控制，每个步骤具体采用的技术手段包括， S1H.264编码视频的宏块运动参考率统计，具体实现过程包括， S1.1对H.264的压缩码流进行分析，若当前宏块为帧间编码宏块，记录宏块中每个像素的参考帧帧号和参考像素在参考帧中的横、纵坐标值，将该像素的运动参考映射值加1；如果该参考像素也属于帧间编码宏块，则根据之前的记录找到其参考像素的位置，将该像素的运动参考映射值加1，以此类推，直到参考像素属于帧内编码宏块； S1.2重复步骤S1.1，统计所有像素的运动参考映射值； S1.3对每个宏块所包含像素的运动参考映射值取平均得到宏块运动参考率； S1.4计算每一编码帧的宏块运动参考率均值和方差； S2进行分层加密数据的选择，具体实现过程包括， S2.1从H.264的压缩码流中提取一个编码帧，若当前编码帧为帧内编码帧即I帧，利用该帧的宏块运动参考率均值和方差确定当前GOP中帧间编码帧即P帧数量； S2.2从H.264的压缩码流中提取一个编码宏块，若当前宏块属于I帧，则选为加密宏块，若当前宏块属于P帧且其运动参考率小于当前帧的宏块运动参考率均值，则选为加密宏块； 若加密宏块为帧内编码宏块，则选取帧内预测模式和低频DCT系数符号为加密数据，若加密宏块为帧间编码宏块，则选取运动矢量残差符号和运动矢量残差幅值为加密数据； S3进行加密视频的质量控制，具体实现过程包括， S3.1给定质量控制因子P_F，并根据I帧的宏块运动参考率均值和方 差，对当前GOP选择相应的质量控制策略来选择加密帧数； S3.2给定质量控制因子P_M并计算阈值，若已加密宏块的运动参考率总和小于该阈值，则加密下一个加密宏块，否则不再加密当前帧中的其他宏块； S3.3给定质量控制因子P_B作为加密比特数占所提取的总比特数的百分比，控制加密比特数； S3.4从码流中提取待加密的比特，然后采用RC4加密算法对提取出的比特进行加密；最后，将加密后的比特重置到原来的码流中，以保证加密后的码流能与H.264标准兼容，同时保持视频的压缩比不变； 重复步骤S2～S3，直到加密完当前H.264码流中的所有编码帧。