CN100574445C - 基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 - Google Patents
基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN100574445C CN100574445C CN 200610062937 CN200610062937A CN100574445C CN 100574445 C CN100574445 C CN 100574445C CN 200610062937 CN200610062937 CN 200610062937 CN 200610062937 A CN200610062937 A CN 200610062937A CN 100574445 C CN100574445 C CN 100574445C
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- grade
- video
- secret
- cryptographic algorithm
- piece
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Two-Way Televisions, Distribution Of Moving Picture Or The Like (AREA)
Abstract
一种基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，包括选择加密等级，系统采用加密算法对待加密H.264视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密。可以由用户指定加密等级，或者由系统根据网络带宽状况自适应选择加密等级。该方法能根据需要对视频流进行不同等级加密，在保证授权用户正常获取视频内容的前提下，对非授权用户隐藏部分或者全部的视频内容。它对编码效率和性能的影响较小，可应用于计算能力和带宽受限的应用场合。
Description
技术领域
本发明涉及视频流加密的方法，特别是一种基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法。
背景技术
随着网络和多媒体技术的发展，数字通讯和数字娱乐在人们的生活中占据着越来越重要的位置。在这个过程中，多媒体数据尤其是视频数据的安全传输越来越受人关注。然而，因特网尤其是无线因特网并不是一个保密的传输媒介，因此需要运用加密技术来对传输过程中的视频进行保护。由于多媒体数据量很庞大以及编解码运算的复杂度很高，因此对多媒体数据进行加密相对比较困难。而视频作为因特网上最为吸引人的服务之一，同样面临这个问题。
H.264是由ITU-T和ISO联合发布的视频编码国际标准，它的目标是最大限度的提高压缩性能和网络适应性。因此，H.264标准在很多细节的地方都做了很多努力来提高压缩效率，例如可变块大小，多参考帧，加权预测等。但是H.264标准中并未包括视频加密的相关内容。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，该方法能根据需要对视频流进行不同等级加密，在保证授权用户正常获取视频内容的前提下，对非授权用户隐藏部分或者全部的视频内容。
为了实现上述目的，并且最大限度的减少对视频压缩效率的影响，本发明基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法只对H.264视频流中最为关键的部分进行加密。由于H.264视频流中，帧内编码的块是最为重要的信息，根据运动的复杂程度帧内编码块被划分成16x16块、8x8块、4x4块3种不同大小的块。本发明加密方法包括以下步骤：选择加密等级；系统采用加密算法对待加密H.264视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密。
选择加密等级的方法可以是：由用户指定，或者由系统根据网络带宽状况自适应选择加密等级。
本质量可控的视频流加密方法提供了不同的加密等级，通过在编码端选择不同的加密等级对视频流进行加密，控制非授权解码器用加密视频流重构的视频图像的质量，从而为不同的用户提供不同质量的视频内容。符合H.264标准的解码器都可以对用本发明加密方法加密后的视频流进行解码而不会出错，但是重构的视频质量会随着加密等级的提高而下降。只有根据本发明加密方法进行过修改并且拥有密钥的解码器才能正常的进行解码，重构出原始的视频图像。
本发明视频流加密方法只对H.264视频流中最关键的部分进行加密，对编码效率和性能的影响较小，可应用于计算能力和带宽受限的应用场合。
附图说明
图1为本发明中系统自适应调整加密等级的原理框图；
图2为Foreman视频流的原始图像；
图3为用本发明方法对Foreman视频流进行1级加密后，非授权解码器重构的视频图像；
图4为用本发明方法对Foreman视频流进行2级加密后，非授权解码器重构的视频图像；
图5为用本发明方法对Foreman视频流进行3级加密后，非授权解码器重构的视频图像；
图6为container视频流的原始图像；
图7为用本发明方法对container视频流进行1级加密后，非授权解码器重构的视频图像；
图8为用本发明方法对container视频流进行2级加密后，非授权解码器重构的视频图像；
图9为用本发明方法对container视频流进行3级加密后，非授权解码器重构的视频图像。
具体实施方式
本视频流加密方法利用H.264编码标准中帧内编码的块被划分成16x16，8x8，4x4三种不同大小的特性，设置不同的加密等级，对H.264视频流中不同尺寸的帧内编码块进行加密，从而为不同的用户提供不同质量的视频内容。
具体实施例中设置以下四种不同的加密等级，四个加密等级及其加密规则分别为：
等级0：不加密；
等级1：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块和所有色度块的DC系数；
等级2：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块、8x8块和所有色度块的DC系数；
等级3：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块、8x8块、4x4块和所有色度块的DC系数。
编码端用户选择加密等级，然后系统根据所选加密等级对应的加密规则，对输入视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密。
加密等级可以由编码端用户指定，也可以由系统根据网络带宽状况自适应选择，在网络带宽较小时，选择较低的加密等级，在网络带宽较大时，选择较高的加密等级。参照图1，其中，根据网络带宽状况自适应调整加密等级的方法是：系统根据接收方解码器反馈的丢包率和传输延迟，按预定的等级调整决策，实时选择加密等级，然后将选定的加密等级传给编码器内的加密模块进行加密。如：对应每个加密等级，设置相应的丢包率上限、丢包率下限、传输延迟上限和传输延迟下限，当接收方解码器反馈的丢包率和传输延迟大于该等级的丢包率上限和传输延迟上限时，编码器内的加密模块选用下一级加密等级，而当接收方解码器反馈的丢包率和传输延迟小于该等级的丢包率下限和传输延迟下限时，编码器内的加密模块选用上一级加密等级。
加密算法的选择是视频加密中另一个需要考虑的重要问题。本发明中提供两种优选的加密算法，一种是AES加密算法，另一种是ZIGZAG加密算法。前者将待加密的数据看作比特流，然后对每128位进行一次加密；后者通过对原始数据做一个随机的置换来达到加密的目的。
通过加密H.264视频流中的帧内编码块的不同部分可以获得不同的加密等级。虽然帧间编码块的运动向量和残差系数都是不加密的，未授权的解码器依然无法重构出原始的图像块。然而，未授权的解码器可以得到帧与帧之间的运动是否剧烈等信息。
表1给出了典型的H.264压缩码流中各种大小的编码块出现的频率。
表1.H.264比特流的统计分析
实验1：
分别选择不同的加密等级，加密模块采用AES加密算法，根据所选加密等级对应的加密规则，对Foreman视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密。然后由非授权解码器对不同加密等级的Foreman视频流解码后重构图像。试验结果如图2-5所示，其中，图2所示为Foreman视频流的原始图像；图3所示为对Foreman视频流进行1级加密后，非授权解码器重构的视频图像；图4所示为对Foreman视频流进行2级加密后，非授权解码器重构的视频图像；图5所示为对Foreman视频流进行3级加密后，非授权解码器重构的视频图像。
不同加密等级的性能开销如表2所示。
表2.采用AES算法加密Foreman的性能开销
实验2：
分别选择不同的加密等级，加密模块采用ZIGZAG加密算法，根据所选加密等级对应的加密规则，对container视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密。然后由非授权解码器对不同加密等级的container视频流解码后重构图像。试验结果如图6-9所示，其中，图6所示为container视频流的原始图像；图7所示为对container视频流进行1级加密后，非授权解码器重构的视频图像；图8所示为对container视频流进行2级加密后，非授权解码器重构的视频图像；图9所示为对container视频流进行3级加密后，非授权解码器重构的视频图像。
不同加密等级的性能开销如表3所示。
表3.采用ZIGZAG算法加密Container的性能开销
Claims (4)
1、一种基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，其特征在于包括以下步骤：
选择加密等级；
根据所选加密等级对应的加密规则，系统采用加密算法对待加密H.264视频流中符合规定尺寸的帧内编码块进行加密；其中，包括四个加密等级，四个加密等级及其加密规则分别为：
等级0：不加密；
等级1：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块和所有色度块的DC系数；
等级2：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块、8x8块以及所有色度块的DC系数；
等级3：使用加密算法加密所有的帧内编码的16x16块、8x8块、4x4块以及所有色度块的DC系数。
2、根据权利要求1所述的基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，其特征在于：所述加密算法采用AES加密算法或者ZIGZAG加密算法。
3、根据权利要求1所述的基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，其特征在于：通过用户指定或者由系统根据网络带宽状况自适应的方式选择加密等级。
4、根据权利要求3所述的基于H.264编码标准的质量可控的视频流加密方法，其特征在于：系统根据网络带宽状况自适应的方式选择加密等级的方法为，根据接收方解码器反馈的丢包率和传输延迟，按预定的等级调整决策，实时选择加密等级。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610062937 CN100574445C (zh) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | 基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN 200610062937 CN100574445C (zh) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | 基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN1997159A CN1997159A (zh) | 2007-07-11 |
| CN100574445C true CN100574445C (zh) | 2009-12-23 |
Family
ID=38252053
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN 200610062937 Expired - Fee Related CN100574445C (zh) | 2006-09-29 | 2006-09-29 | 基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN100574445C (zh) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101488847B (zh) * | 2008-01-18 | 2011-09-14 | 华为技术有限公司 | 一种数据加密的方法、装置和系统 |
| CN101282218B (zh) * | 2008-05-20 | 2011-05-25 | 宇龙计算机通信科技(深圳)有限公司 | 分体式终端、及其主机加密及子机解密主机信息的方法 |
| CN102025490A (zh) * | 2009-12-18 | 2011-04-20 | 华为终端有限公司 | 一种文件分段保护的方法、装置及系统 |
| CN102647420A (zh) * | 2012-03-31 | 2012-08-22 | 苏州阔地网络科技有限公司 | 一种防止非法连接的控制方法及系统 |
| CN103051638A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-04-17 | 中国科学院深圳先进技术研究院 | 多媒体数据加密方法和多媒体数据加密分发系统 |
| CN105306902B (zh) * | 2015-10-28 | 2018-08-31 | 成都三零凯天通信实业有限公司 | 一种基于4g网络的端到端高清视频安全传输系统及方法 |
| CN106254425A (zh) * | 2016-07-22 | 2016-12-21 | 北京京东尚科信息技术有限公司 | 用于移动设备向云端传送数据的方法及系统、移动终端 |
| CN106209896B (zh) * | 2016-07-29 | 2020-02-18 | 网宿科技股份有限公司 | 基于音视频格式的流媒体加密方法和模块 |
| CN110650107A (zh) * | 2018-06-26 | 2020-01-03 | 杭州海康威视数字技术股份有限公司 | 一种数据处理方法、装置及系统 |
| CN114979717B (zh) * | 2022-07-25 | 2022-11-08 | 广州万协通信息技术有限公司 | 基于设备解码能力的差异性视频加密方法及安全芯片装置 |
| CN115883257B (zh) * | 2023-02-09 | 2023-05-30 | 广州万协通信息技术有限公司 | 基于安全芯片的密码运算方法及装置 |
-
2006
- 2006-09-29 CN CN 200610062937 patent/CN100574445C/zh not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (4)
| Title |
|---|
| H.264标准中基于DCT的视频加密研究. 曹奕等.中国图像图形学报，第10卷第8期. 2005 |
| H.264标准中基于DCT的视频加密研究. 曹奕等.中国图像图形学报，第10卷第8期. 2005 * |
| 基于H.264的流媒体安全压缩算法研究. 李文.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 信息科技辑，第09期. 2006 |
| 基于H.264的流媒体安全压缩算法研究. 李文.中国优秀博硕士学位论文全文数据库（硕士） 信息科技辑，第09期. 2006 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN1997159A (zh) | 2007-07-11 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN100574445C (zh) | 基于h.264编码标准的质量可控的视频流加密方法 | |
| CN100483992C (zh) | 数据流的加密、解密方法和装置 | |
| Wu et al. | Design of integrated multimedia compression and encryption systems | |
| US20020018565A1 (en) | Configurable encryption for access control of digital content | |
| CN100364336C (zh) | 加密和压缩多媒体数据的方法与设备 | |
| Asghar et al. | An efficient security system for CABAC bin-strings of H. 264/SVC | |
| US8838954B2 (en) | Media processing devices for adaptive delivery of on-demand media, and methods thereof | |
| CN100426859C (zh) | 针对网络视频的选择性加密算法 | |
| Kulkarni et al. | Proposed video encryption algorithm v/s other existing algorithms: A comparative study | |
| Chen et al. | Scalable secure MJPEG video streaming | |
| CN103747279A (zh) | 一种云存储共享编码视频加密与访问控制策略更新方法 | |
| WO2008042023A2 (en) | Methods for encrypting and compressing video | |
| CN110677694A (zh) | 一种用于抵抗轮廓攻击的视频加密方法 | |
| CN101247520A (zh) | 一种视频数据加密/解密方法 | |
| Choo et al. | SRMT: A lightweight encryption scheme for secure real-time multimedia transmission | |
| Apostolopoulos | Secure media streaming & secure adaptation for non-scalable video | |
| Kulkarni et al. | Multimedia encryption: a brief overview | |
| Lian et al. | Perceptual cryptography on JPEG2000 compressed images or videos | |
| Thomas et al. | Secure transcoders for single layer video data | |
| Hu et al. | The efficiency improved scheme for secure access control of digital video distribution | |
| Qian et al. | Video compression and encryption based-on multiple chaotic system | |
| CN201663660U (zh) | 一种数字视频数据加、解密系统 | |
| Puech et al. | Analysis and cryptanalysis of a selective encryption method for JPEG images | |
| CN102523441B (zh) | 基于比特敏感度的h.264压缩域比特平面加密方法 | |
| Li et al. | A scalable encryption scheme for CCSDS image data compression standard |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C17 | Cessation of patent right | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20091223 Termination date: 20130929 |