[发明专利]基于内容分析的H.264压缩域分层视频加密方法

说明书

技术领域

本发明涉及多媒体信息安全领域，特别涉及一种基于内容分析的H.264压缩域分层视频加密方法。

背景技术

随着信息化技术的发展与经济全球化到来，无论是国防安全、交通安全等涉及公共安全的领域还是住宅安全、人身安全等涉及私人安全领域的问题都成为人们高度关注的重点。视频监控技术作为防治潜在风险，提高安全防范度，确保社会生活稳定的重要手段，得到了前所未有的重视。对于国防、外交等某些特定应用场合的监控信息而言，一经泄漏可能会造成不可弥补的损失，因此需要保证监控视频信息的安全。

视频加密是一种最直接、有效的多媒体信息安全保护手段。由于视频信息的数据量非常庞大，选择性加密就成为目前视频加密的主流方法。与完全加密不同，选择性加密是有选择地对数据中的重要信息进行加密，可以在加密安全性和计算复杂度之间达到折中。选择性视频加密的关键是如何确定视频中的最重要信息，以最小的加密数据量来保证足够的安全性。

通常情况下，视频的内容千差万别，不同的视频所包含的纹理和运动信息存在着很大的区别，如果对纹理与运动特征相差很大的视频序列应用相同的加密机制，很显然会带来问题：一方面，如果采用加密量较小的选择性加密机制，则难以有效保证内容复杂视频的安全性能；另一方面，对于内容简单的视频，通过少量数据的加密就可以保证加密的安全性，如果统一采用安全级别较高的加密机制，则会增加计算处理的额外开销，造成能量和资源的浪费。

对于监控视频数据来说，目标区域的信息远比背景区域的信息更为重要，因此可以对目标区域与背景区域分别采用不等的加密，使得加密更具针对性，在保证目标信息的安全的同时，降低加密所需的计算复杂度。

发明内容

本发明的目的在于利用监控视频的具体特点和安全需求，提出了一种基于内容分析的、适用于H.264压缩码流的分层加密方法，该方法首先对视频内容进行分析，将视频内容分为运动目标区域和背景区域，进一步，又将背景区域划分为纹理丰富区域和不丰富区域，然后根据分析结果，分别采取不等的加密强度进行保护，以提高视频加密的针对性，在保证加密安全性的同时，大大降低了加密的计算复杂度，能够满足视频加密的实时性需求。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为一种基于内容分析的H.264压缩域分层视频加密方法，如图1所示，本发明包括基于H.264压缩域的视频内容分析、码流分割和不等强度的视频加密三个部分。

具体而言，其实现方法通过以下步骤实现的。

S1、基于H.264压缩域的视频内容分析

针对H.264格式的压缩码流特点，以GOP（Group of Pictures）为单位，在压缩域对视频的内容进行分析与归类。

如图2所示，在H.264压缩域提取编码模式、预测模式、运动矢量和预测残差信息，根据这些信息的统计量将视频分为运动目标区域与背景区域；然后，对已被划分为背景区域的码流数据，又进一步划分成纹理丰富区域与纹理不丰富区域。

S1.1运动目标检测

H.264采用了帧内与帧间两种预测模式；帧间8×8、帧间8×4、帧间4×8、帧间4×4和帧内4×4往往被定义为小尺寸预测模式SPM（Small Prediction Mode）。假设第t帧中块B_i,j采用的预测模式为f_PM(t,i,j)，其中i和j分别是块的水平与竖直索引号，t表示帧号，则可以由小尺寸预测模式初步判断各块是否可能属于运动目标；如公式（1）所示，当Mask_PM(t,i,j)=1时，表示块B_i,j是运动目标块，否则为非目标块，属于背景区域。