CN109167999A - 一种hevc视频加密与解密方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种HEVC视频加密与解密方法，加密过程为：对于帧间预测模式且运动矢量差分不为0的宏块，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或加密；对于帧内预测模式的宏块，对于宏块中不是图像边缘单元的尺寸为4×4或8×8的预测单元，当预测模式的数字标识属于集合{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}或{22,23,24,25,27,28,29,30}或{6,7,8,9,11,12,13,14}时，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对预测单元的预测模式进行加密；对于量化残差系数不为0的宏块，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或加密；优点是能在与HEVC视频压缩编码标准相兼容的前提下对HEVC视频进行加密。

Description

一种HEVC视频加密与解密方法
技术领域
本发明涉及一种视频加解密技术，尤其是涉及一种HEVC视频加密与解密方法。
背景技术
随着网络和多媒体技术的飞速发展，视频数据呈爆炸式增长，海量的视频处理需要相应的存储和计算平台，而云计算与云存储技术为大数据处理及其相关应用提供了最有效的解决方案。然而，在视频信息存储和处理过程中，如果有不法分子非法窃取、破坏视频内容，则大到国防、军工、政治、金融等领域，小到个人隐私、敏感信息，都会造成严重的损失。为确保云计算环境下的内容安全和隐私保护，内容所有者可将原始视频数据加密后上传到云端。
国内外很多研究者对H.264/AVC视频加密进行了研究，在视频内容保护、版权保护方面做了很多工作。但是，HEVC是专门为高清和超高清视频编码提出的最新视频编码标准，采用了新的编码架构和新的语法元素设计，因此，现有的基于H.264/AVC的加密方案无法完全应用于HEVC中。目前，针对HEVC视频压缩编码标准的加密是信息安全领域的前沿课题，研究成果相对较少。因此，如何结合HEVC编码的特性，研究高效可行的加解密方法，并保证加解密与编解码相兼容，具有重要的研究价值和良好的应用前景。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种HEVC视频加密与解密方法，其在与HEVC视频压缩编码标准相兼容的前提下对HEVC视频进行加密与解密。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种HEVC视频加密方法，其特征在于该HEVC视频加密方法的处理过程为：针对原始的HEVC视频，对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分不为0的所有宏块，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的运动矢量差分的加密；对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分为0的所有宏块，对宏块的运动矢量差分不加密；
对于预测模式为帧内预测模式的所有宏块，对于宏块中不是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，当预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}或属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}或属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}时，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对预测单元的预测模式进行加密；当预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}时，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中尺寸大小不为4×4或8×8的预测单元，不论其是否为图像边缘单元，对预测单元的预测模式不加密；对于量化残差系数不为0的所有宏块，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的量化残差系数的加密；对于量化残差系数为0的所有宏块，对宏块的量化残差系数不加密；
通过上述加密得到加密的HEVC视频。
该HEVC视频加密方法的具体过程为：
步骤①_1、将原始的HEVC视频中当前待处理的帧定义为当前帧；
步骤①_2、将当前帧中当前待处理的宏块定义为当前宏块；
步骤①_3、判断当前宏块的预测模式为帧间预测模式还是为帧内预测模式，如果当前宏块的预测模式为帧间预测模式，则继续执行步骤①_4；如果当前宏块的预测模式为帧内预测模式，则继续执行步骤①_5和步骤①_6；
步骤①_4、若当前宏块的运动矢量差分不为0，则利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的运动矢量差分的加密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤①_7，其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号；
若当前宏块的运动矢量差分为0，则对当前宏块的运动矢量差分不加密，然后执行步骤①_7；
步骤①_5、针对当前宏块中的每个预测单元，按序对当前宏块中的每个预测单元进行如下处理：
步骤①_5A、将当前宏块中当前待处理的预测单元定义为当前预测单元；
步骤①_5B、若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元不是图像边缘单元，则利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分四种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1+Rn1)％15，令Rn＝Rn2，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第二种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第三种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第四种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号；
若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元是图像边缘单元，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
若当前预测单元的尺寸大小不为4×4或者8×8，则不论当前预测单元是否为图像边缘单元，对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
步骤①_5C、将当前宏块中下一个待处理的预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①_5B继续执行，直至当前宏块中的所有预测单元处理完毕后继续执行步骤①_6；
步骤①_6、若当前宏块的量化残差系数不为0，则利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的量化残差系数的加密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤①_7，其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号；
若当前宏块的量化残差系数为0，则对当前宏块的量化残差系数不加密，然后执行步骤①_7；
步骤①_7、将当前帧中下一个待处理的宏块作为当前宏块，然后返回步骤①_3继续执行，直至当前帧中的所有宏块处理完毕后执行步骤①_8；
步骤①_8、将原始的HEVC视频中下一帧待处理的帧作为当前帧，然后返回步骤①_2继续执行，直至原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到加密的HEVC视频。
所述的图像边缘单元为宏块中位于四周边缘的预测单元。
一种上述的HEVC视频加密方法对应的HEVC视频解密方法，其特征在于该HEVC视频解密方法的处理过程为：针对加密的HEVC视频，对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数；对于所有加密的运动矢量差分，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对加密的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的运动矢量差分的解密；对于所有加密的预测模式，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对加密的预测模式进行解密；对于所有加密的量化残差系数，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对加密的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的量化残差系数的解密。
该HEVC视频解密方法的具体过程为：
步骤②_1、对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数；
步骤②_2、对所有加密的运动矢量差分进行解密，具体过程为：
步骤②_2A1、将当前识别出的加密的运动矢量差分定义为当前运动矢量差分；
步骤②_2A2、利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前运动矢量差分的解密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤步骤②_2A3；其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2A3、将下一个识别出的加密的运动矢量差分作为当前运动矢量差分，然后返回步骤②_2A2继续执行，直至所有加密的运动矢量差分解密完毕；
对所有加密的预测模式进行解密，具体过程为：
步骤②_2B1、将当前识别出的加密的预测模式定义为当前预测模式；
步骤②_2B2、利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分三种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1-Rn1)％15，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+15，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的解密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤步骤②_2B3；
第二种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
第三种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2B3、将下一个识别出的加密的预测模式作为当前预测模式，然后返回步骤②_2B2继续执行，直至所有加密的预测模式解密完毕；
对所有加密的量化残差系数进行解密，具体过程为：
步骤②_2C1、将当前识别出的加密的量化残差系数定义为当前量化残差系数；
步骤②_2C2、利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前量化残差系数的解密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤步骤②_2C3；其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2C3、将下一个识别出的加密的量化残差系数作为当前量化残差系数，然后返回步骤②_2C2继续执行，直至所有加密的量化残差系数解密完毕。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法针对预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分不为0的所有宏块，选择对宏块的运动矢量差分进行加密；针对预测模式为帧内预测模式的所有宏块，对宏块中的预测单元的预测模式进行加密，而后对量化残差系数不为0的所有宏块进行加密，保证了得到的加密的HEVC视频的安全性；此外，运动矢量差分和量化残差系数是进行等长二进制串替换操作实现加密的，只有预测单元的预测模式加密会对视频码率有少量的影响，因此解决了视频加密中的数据扩张问题。
2)本发明方法中视频加密与HEVC视频编码完全兼容，可用标准HEVC视频解码器对加密的HEVC视频码流进行解码。
附图说明
图1为本发明的HEVC视频加密方法的总体实现框图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
实施例一：
本实施例提出的一种HEVC视频加密方法，其为降低计算复杂度，并确保高的感知安全性，同时保持加密后的HEVC视频码流的码率变化较小，选择对运动矢量差分(MVD)符号的CABAC二进制串(bin string)、预测模式、量化残差系数符号的CABAC二进制串进行加密，如图1所示，该HEVC视频加密方法的处理过程为：针对原始的HEVC视频，对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分不为0的所有宏块，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的运动矢量差分的加密；对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分为0的所有宏块，对宏块的运动矢量差分不加密；
对于预测模式为帧内预测模式的所有宏块，对于宏块中不是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，当预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}或属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}或属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}时，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对预测单元的预测模式进行加密；当预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}时，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中尺寸大小不为4×4或8×8的预测单元，不论其是否为图像边缘单元，对预测单元的预测模式不加密；对于量化残差系数不为0的所有宏块，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的量化残差系数的加密；对于量化残差系数为0的所有宏块，对宏块的量化残差系数不加密；
通过上述加密得到加密的HEVC视频。
在此，第一密钥生成的二值伪随机序列的长度、第二密钥生成的二值伪随机序列的长度、第三密钥生成的二值伪随机序列的长度均足够大，足以原始的HEVC视频的加密处理；在宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串和宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串中0表示对应的幅值为正、1表示对应的幅值为负。
该HEVC视频加密方法的具体过程为：
步骤①_1、将原始的HEVC视频中当前待处理的帧定义为当前帧。
步骤①_2、将当前帧中当前待处理的宏块定义为当前宏块。
步骤①_3、判断当前宏块的预测模式为帧间预测模式还是为帧内预测模式，如果当前宏块的预测模式为帧间预测模式，则继续执行步骤①_4；如果当前宏块的预测模式为帧内预测模式，则继续执行步骤①_5和步骤①_6。
步骤①_4、若当前宏块的运动矢量差分不为0，则利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的运动矢量差分的加密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤①_7，其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号；由于宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串是直接进入旁路编码模式的，因此利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，不会改变最终CABAC二进制串的长度，满足格式兼容性。
若当前宏块的运动矢量差分为0，则对当前宏块的运动矢量差分不加密，然后执行步骤①_7。
步骤①_5、针对当前宏块中的每个预测单元(PU)，按序对当前宏块中的每个预测单元进行如下处理：
步骤①_5A、将当前宏块中当前待处理的预测单元定义为当前预测单元；
步骤①_5B、HEVC帧内预测所采用的预测单元的尺寸大小从4×4到64×64，预测单元可选的预测模式有35种，数字标识从0至34。由于尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，存在三种不同的残差系数扫描方式，而扫描方式的选取由预测单元的预测模式决定，当预测单元的预测模式接近水平方向时采用垂直扫描，当预测单元的预测模式接近垂直方向时采用水平扫描，其他预测模式则采用对角扫描，预测单元的预测模式的加密可能会引起残差系数的扫描方式发生变化，从而导致无法正常解码，为此，将35种预测模式分成不同的集合，加密后的预测模式不超出集合范围，也就不会引起由于扫描方式改变引发的码流不兼容。若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元不是图像边缘单元，则利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分四种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1+Rn1)％15，令Rn＝Rn2，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第二种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第三种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第四种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号。
若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元是图像边缘单元，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；由于对于在图像边缘的预测单元，其中一些预测模式不可能出现，因此为保证加密码流的格式兼容性，对在图像边缘的预测单元的预测模式不加密。
若当前预测单元的尺寸大小不为4×4或者8×8，则不论当前预测单元是否为图像边缘单元，对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C。
步骤①_5C、将当前宏块中下一个待处理的预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①_5B继续执行，直至当前宏块中的所有预测单元处理完毕后继续执行步骤①_6。
步骤①_6、若当前宏块的量化残差系数不为0，则利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的量化残差系数的加密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤①_7，其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号。
若当前宏块的量化残差系数为0，则对当前宏块的量化残差系数不加密，然后执行步骤①_7。
步骤①_7、将当前帧中下一个待处理的宏块作为当前宏块，然后返回步骤①_3继续执行，直至当前帧中的所有宏块处理完毕后执行步骤①_8。
步骤①_8、将原始的HEVC视频中下一帧待处理的帧作为当前帧，然后返回步骤①_2继续执行，直至原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到加密的HEVC视频。
上述，对宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串、预测模式、量化残差系数符号的CABAC二进制串进行加密所利用的二值伪随机序列可以是由同一个密钥生成的，也可以是由不同的密钥生成的，即第一密钥、第二密钥、第三密钥可以相同，也可以不相同，但是解密时所采用的密钥与加密时所采用的密钥需一致。
上述，图像边缘单元为宏块中位于四周边缘的预测单元。
实施例二：
本实施例提出了一种与实施例一提出的HEVC视频加密方法对应的HEVC视频解密方法，其处理过程为：针对加密的HEVC视频，对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数；对于所有加密的运动矢量差分，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对加密的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的运动矢量差分的解密；对于所有加密的预测模式，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对加密的预测模式进行解密；对于所有加密的量化残差系数，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对加密的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的量化残差系数的解密。
该HEVC视频解密方法的具体过程为：
步骤②_1、对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数。
步骤②_2、对所有加密的运动矢量差分进行解密，具体过程为：
步骤②_2A1、将当前识别出的加密的运动矢量差分定义为当前运动矢量差分。
步骤②_2A2、利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前运动矢量差分的解密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤步骤②_2A3；其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号。
步骤②_2A3、将下一个识别出的加密的运动矢量差分作为当前运动矢量差分，然后返回步骤②_2A2继续执行，直至所有加密的运动矢量差分解密完毕。
对所有加密的预测模式进行解密，具体过程为：
步骤②_2B1、将当前识别出的加密的预测模式定义为当前预测模式。
步骤②_2B2、利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分三种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1-Rn1)％15，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+15，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的解密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤步骤②_2B3；
第二种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
第三种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号。
步骤②_2B3、将下一个识别出的加密的预测模式作为当前预测模式，然后返回步骤②_2B2继续执行，直至所有加密的预测模式解密完毕。
对所有加密的量化残差系数进行解密，具体过程为：
步骤②_2C1、将当前识别出的加密的量化残差系数定义为当前量化残差系数。
步骤②_2C2、利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前量化残差系数的解密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤步骤②_2C3；其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号。
步骤②_2C3、将下一个识别出的加密的量化残差系数作为当前量化残差系数，然后返回步骤②_2C2继续执行，直至所有加密的量化残差系数解密完毕。
上述，对运动矢量差分符号的CABAC二进制串、预测模式、量化残差系数符号的CABAC二进制串进行解密所利用的二值伪随机序列可以是由同一个密钥生成的，也可以是由不同的密钥生成的，即第一密钥、第二密钥、第三密钥可以相同，也可以不相同，但是所采用的密钥与加密时所采用的密钥一致。

Claims (5)

1.一种HEVC视频加密方法，其特征在于该HEVC视频加密方法的处理过程为：针对原始的HEVC视频，对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分不为0的所有宏块，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的运动矢量差分的加密；对于预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分为0的所有宏块，对宏块的运动矢量差分不加密；
对于预测模式为帧内预测模式的所有宏块，对于宏块中不是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，当预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}或属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}或属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}时，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对预测单元的预测模式进行加密；当预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}时，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中是图像边缘单元的尺寸大小为4×4或8×8的预测单元，对预测单元的预测模式不加密；对于宏块中尺寸大小不为4×4或8×8的预测单元，不论其是否为图像边缘单元，对预测单元的预测模式不加密；对于量化残差系数不为0的所有宏块，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或加密，完成宏块的量化残差系数的加密；对于量化残差系数为0的所有宏块，对宏块的量化残差系数不加密；
通过上述加密得到加密的HEVC视频。
2.根据权利要求1所述的一种HEVC视频加密方法，其特征在于该HEVC视频加密方法的具体过程为：
步骤①_1、将原始的HEVC视频中当前待处理的帧定义为当前帧；
步骤①_2、将当前帧中当前待处理的宏块定义为当前宏块；
步骤①_3、判断当前宏块的预测模式为帧间预测模式还是为帧内预测模式，如果当前宏块的预测模式为帧间预测模式，则继续执行步骤①_4；如果当前宏块的预测模式为帧内预测模式，则继续执行步骤①_5和步骤①_6；
步骤①_4、若当前宏块的运动矢量差分不为0，则利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的运动矢量差分的加密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤①_7，其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前宏块的运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号；
若当前宏块的运动矢量差分为0，则对当前宏块的运动矢量差分不加密，然后执行步骤①_7；
步骤①_5、针对当前宏块中的每个预测单元，按序对当前宏块中的每个预测单元进行如下处理：
步骤①_5A、将当前宏块中当前待处理的预测单元定义为当前预测单元；
步骤①_5B、若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元不是图像边缘单元，则利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分四种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1+Rn1)％15，令Rn＝Rn2，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第二种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第三种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3+Rn1)％8，令Rn＝Rn2，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测单元的预测模式，完成对当前预测单元的预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤①_5C；
第四种情况，若当前预测单元的预测模式的数字标识属于集合{0,1,10,26}，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测单元的预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号；
若当前预测单元的尺寸大小为4×4或者8×8，且当前预测单元是图像边缘单元，则对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
若当前预测单元的尺寸大小不为4×4或者8×8，则不论当前预测单元是否为图像边缘单元，对当前预测单元的预测模式不加密，然后执行步骤①_5C；
步骤①_5C、将当前宏块中下一个待处理的预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①_5B继续执行，直至当前宏块中的所有预测单元处理完毕后继续执行步骤①_6；
步骤①_6、若当前宏块的量化残差系数不为0，则利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或加密，完成当前宏块的量化残差系数的加密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤①_7，其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前宏块的量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号；
若当前宏块的量化残差系数为0，则对当前宏块的量化残差系数不加密，然后执行步骤①_7；
步骤①_7、将当前帧中下一个待处理的宏块作为当前宏块，然后返回步骤①_3继续执行，直至当前帧中的所有宏块处理完毕后执行步骤①_8；
步骤①_8、将原始的HEVC视频中下一帧待处理的帧作为当前帧，然后返回步骤①_2继续执行，直至原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到加密的HEVC视频。
3.根据权利要求2所述的一种HEVC视频加密方法，其特征在于所述的图像边缘单元为宏块中位于四周边缘的预测单元。
4.一种权利要求3所述的HEVC视频加密方法对应的HEVC视频解密方法，其特征在于该HEVC视频解密方法的处理过程为：针对加密的HEVC视频，对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数；对于所有加密的运动矢量差分，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对加密的运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的运动矢量差分的解密；对于所有加密的预测模式，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对加密的预测模式进行解密；对于所有加密的量化残差系数，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对加密的量化残差系数符号的CABAC二进制串进行比特异或解密，完成加密的量化残差系数的解密。
5.根据权利要求4所述的一种HEVC视频解密方法，其特征在于该HEVC视频解密方法的具体过程为：
步骤②_1、对加密的HEVC视频进行部分解码，解码得到所有加密的运动矢量差分、所有加密的预测模式、所有加密的量化残差系数；
步骤②_2、对所有加密的运动矢量差分进行解密，具体过程为：
步骤②_2A1、将当前识别出的加密的运动矢量差分定义为当前运动矢量差分；
步骤②_2A2、利用第一密钥生成的二值伪随机序列中的第k1位比特至第k1+L1－1位比特对当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前运动矢量差分的解密，然后令k1＝k1+L1，再执行步骤步骤②_2A3；其中，k1的初始值为1，1≤k1＜K1，K1表示第一密钥生成的二值伪随机序列的长度，L1表示当前运动矢量差分符号的CABAC二进制串的长度，k1＝k1+L1中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2A3、将下一个识别出的加密的运动矢量差分作为当前运动矢量差分，然后返回步骤②_2A2继续执行，直至所有加密的运动矢量差分解密完毕；
对所有加密的预测模式进行解密，具体过程为：
步骤②_2B1、将当前识别出的加密的预测模式定义为当前预测模式；
步骤②_2B2、利用第二密钥生成的二值伪随机序列中的第k2位比特至第k2+3位比特生成一个十进制数Rn，然后分三种情况进行处理：
第一种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Diag＝{2,3,4,5,15,16,17,18,19,20,21,31,32,33,34}，则令Rn1＝Rn％15，令Rn2＝(idx1-Rn1)％15，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+15，再用集合Diag中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的解密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤步骤②_2B3；
第二种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Vert＝{22,23,24,25,27,28,29,30}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx2-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Vert中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
第三种情况，若当前预测模式的数字标识属于集合Hori＝{6,7,8,9,11,12,13,14}，则令Rn1＝Rn％8，令Rn2＝(idx3-Rn1)％8，当Rn2>0时令Rn＝Rn2，当Rn2<0时令Rn＝Rn2+8，再用集合Hori中索引值为Rn的数字标识的预测模式替换当前预测模式，完成对当前预测模式的加密，最后令k2＝k2+4，继续执行步骤②_2B3；
上述，k2的初始值为1，1≤k2＜K2，K2表示第二密钥生成的二值伪随机序列的长度，Rn1和Rn2均为引入的中间变量，符号“％”为求余运算符号，idx1表示当前预测模式的数字标识在集合Diag中的索引值，idx2表示当前预测模式的数字标识在集合Vert中的索引值，idx3表示当前预测模式的数字标识在集合Hori中的索引值，Rn＝Rn2和k2＝k2+4中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2B3、将下一个识别出的加密的预测模式作为当前预测模式，然后返回步骤②_2B2继续执行，直至所有加密的预测模式解密完毕；
对所有加密的量化残差系数进行解密，具体过程为：
步骤②_2C1、将当前识别出的加密的量化残差系数定义为当前量化残差系数；
步骤②_2C2、利用第三密钥生成的二值伪随机序列中的第k3位比特至第k3+L3－1位比特对当前量化残差系数符号的CABAC二进制串进行按位比特异或解密，完成当前量化残差系数的解密，然后令k3＝k3+L3，再执行步骤步骤②_2C3；其中，k3的初始值为1，1≤k3＜K3，K3表示第三密钥生成的二值伪随机序列的长度，L3表示当前量化残差系数符号的CABAC二进制串的长度，k3＝k3+L3中的“＝”为赋值符号；
步骤②_2C3、将下一个识别出的加密的量化残差系数作为当前量化残差系数，然后返回步骤②_2C2继续执行，直至所有加密的量化残差系数解密完毕。
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