[发明专利]一种HEVC视频加密与解密方法

说明书

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。

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；对于预测模式为帧内预测模式且量化残差系数不为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；对于预测模式为帧内预测模式且量化残差系数为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；