H．264视频感兴趣区域加密算法
发布时间：2026-10-25 14:29:01| 浏览次数：
收 稿 日 期 ： ２０１３１２１５； 修 回 日 期 ： ２０１４０１１６ 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ６１２７２０４３） ； 重 庆 市 基 础 与 前 沿 研 究 计 划 资 助 项目 （ ｃｓｔｃ２０１３ｊｊＢ４０００９） ； 重 庆 高 校 创 新 团 队 建 设 计 划 资 助 项 目 （ ＫＪＴＤ２０１３４３）作 者 简 介 ： 郭 雨 （ １９８９） ， 男 ， 内 蒙 古 呼 伦 贝 尔 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 图 像 、 视 频 加 密 （ ｊｉａｏ． ｄａ． １１＠１６３． ｃｏｍ） ； 柏 森 （ １９６３） ， 男 ， 四 川 达 州人 ， 教 授 ， 博 士 ， 主 要 研 究 方 向 为 信 息 隐 藏 、 信 息 加 密 、 数 字 水 印 ； 郭 辉 （ １９８２） ， 男 ， 河 南 辉 县 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 信 息 隐 藏 、 信 息 ...
收 稿 日 期 ： ２０１３１２１５； 修 回 日 期 ： ２０１４０１１６ 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 资 助 项 目 （ ６１２７２０４３） ； 重 庆 市 基 础 与 前 沿 研 究 计 划 资 助 项目 （ ｃｓｔｃ２０１３ｊｊＢ４０００９） ； 重 庆 高 校 创 新 团 队 建 设 计 划 资 助 项 目 （ ＫＪＴＤ２０１３４３）作 者 简 介 ： 郭 雨 （ １９８９） ， 男 ， 内 蒙 古 呼 伦 贝 尔 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 图 像 、 视 频 加 密 （ ｊｉａｏ． ｄａ． １１＠１６３． ｃｏｍ） ； 柏 森 （ １９６３） ， 男 ， 四 川 达 州人 ， 教 授 ， 博 士 ， 主 要 研 究 方 向 为 信 息 隐 藏 、 信 息 加 密 、 数 字 水 印 ； 郭 辉 （ １９８２） ， 男 ， 河 南 辉 县 人 ， 硕 士 研 究 生 ， 主 要 研 究 方 向 为 信 息 隐 藏 、 信 息 加 密 ．Ｈ．２６４ 视 频 感 兴 趣 区 域 加 密 算 法郭 雨１，２， 柏 森１，２， 郭 辉１，２， 李 维 军１（ １． 重 庆 通 信 学 院 ， 重 庆 ４０００３５； ２． 应 急 通 信 重 庆 市 重 点 实 验 室 ， 重 庆 ４０００３５）摘 要 ： 为 了 对 视 频 的 隐 私 区 域 进 行 加 密 ， 提 出 一 种 基 于 ＦＭＯ 和 骑 士 巡 游 思 想 的 Ｈ． ２６４ 视 频 感 兴 趣 区 域 加 密的 算 法 。 首 先 确 定 视 频 中 包 含 的 感 兴 趣 区 域 的 范 围 ， 之 后 对 感 兴 趣 区 域 内 部 宏 块 的 宏 块 类 型 参 数 使 用 ＳＨＡ１ 生成 的 流 密 码 异 或 加 密 ， 并 对 条 带 组 序 号 使 用 骑 士 巡 游 思 想 置 乱 加 密 。 实 验 分 析 表 明 ， 该 算 法 可 以 有 效 地 保 护 视频 中 的 隐 私 区 域 ， 并 且 可 以 在 安 全 性 、 加 密 效 率 和 编 码 效 率 取 得 较 好 的 折 中 。关 键 词 ： 视 频 加 密 ； Ｈ． ２６４； 感 兴 趣 区 域 ； 骑 士 巡 游 思 想中 图 分 类 号 ： ＴＰ３０９． ７； ＴＮ９１９ 文 献 标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： １００１３６９５（ ２０１５） ０２０５１６０５ｄｏｉ： １０． ３９６９／ ｊ． ｉｓｓｎ． １００１３６９５． ２０１５． ０２． ０４３Ｈ． ２６４ ｖｉｄｅｏ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔＧＵＯ Ｙｕ１， ２， ＢＡＩ Ｓｅｎ１， ２， ＧＵＯ Ｈｕｉ１， ２， ＬＩ Ｗｅｉｊｕｎ１（ １． Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００３５， Ｃｈｉｎａ； ２． Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｋｅｙ Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｏｆ Ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ， Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ４０００３５， Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｐｒｉｖａｃｙ ｉｎ ｔｈｅ ｖｉｄｅｏ， ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ａｎ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ （ ＲＯＩ） ｏｆＨ． ２６４ ｖｉｄｅｏ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｆｌｅｘｉｂｌｅ ｍａｃｒｏｂｌｏｃｋ ｏｒｄｅｒｉｎｇ （ ＦＭＯ） ａｎｄ ｋｎｉｇｈｔ ｓ ｔｏｕｒ． Ｆｉｒｓｔ， ｉｔ ｄｅｔｅｃｔｅｄ ａｎｄ ｅｘｔｒａｃｔｅｄ ｔｈｅ ｒｅｇｉｏｎ ｉｎ ｔｈｅｖｉｄｅｏ． Ｔｈｅｎ， ｉｔ ＸＯＲ ｅｎｃｒｙｐｔｅｄ ｔｈｅ ｍａｃｒｏｂｌｏｃｋ ｔｙｐｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ＲＯＩ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ＳＨＡ１ ｇｅｎｅｒａｔｅｄ ｓｔｒｅａｍ ｃｉｐｈｅｒ， ａｎｄ ｓｃｒａｍｂｌｅｄ ｓｌｉｃｅ ｇｒｏｕｐ ｎｕｍｂｅｒｓ ｏｆ ＲＯＩ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ ｋｎｉｇｈｔ ｓ ｔｏｕｒ ｔｈｉｎｋｉｎｇ． Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｕｌｔｓ ａｎｄ ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄｓｃｈｅｍｅ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｐｒｉｖａｔｅ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ Ｈ． ２６４， ａｎｄ ｃａｎ ｇａｉｎ ａ ｇｏｏｄ ｃｏｍｐｒｏｍｉｓｅ ａｍｏｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｕｒｉｔｙ， ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ， ａｎｄ ｃｏｄｉｎｇ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｖｉｄｅｏ ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ； Ｈ． ２６４； ｒｅｇｉｏｎ ｏｆ ｉｎｔｅｒｅｓｔ； ｋｎｉｇｈｔ ｓ ｔｏｕｒ ｔｈｉｎｋｉｎｇ 引 言在 日 常 的 视 频 监 控 和 视 频 交 互 过 程 中 ， 很 多 情 况 下 需 要 保护 视 频 中 出 现 人 员 的 隐 私 安 全 或 物 体 的 机 密 性 的 同 时 ， 又 使 视频 阅 览 人 员 可 以 获 得 其 他 区 域 的 相 应 信 息 ， 这 就 需 要 一 种 特 殊的 视 频 加 密 方 法 感 兴 趣 区 域 加 密 ， 即 只 对 视 频 中 的 人 员 和物 体 所 在 区 域 加 密 。 例 如 在 对 病 人 进 行 远 程 会 诊 时 ， 需 要 观 看病 人 会 诊 视 频 又 需 要 保 护 病 人 个 人 隐 私 ， 因 此 对 病 人 的 人 脸 进行 加 密 ， 而 视 频 中 其 他 区 域 不 加 密 ； 在 对 知 名 政 要 进 行 采 访 或者 警 方 的 证 人 取 证 时 ， 出 于 保 护 人 员 安 全 的 目 的 ， 需 要 对 人 员人 脸 进 行 加 密 ； 在 对 未 成 年 罪 犯 进 行 庭 审 录 像 时 ， 为 保 护 未 成年 人 隐 私 ， 需 要 对 未 成 年 人 的 脸 部 区 域 加 密 ； 又 如 在 对 新 型 战斗 机 进 行 演 示 时 ， 为 防 止 间 谍 从 新 型 飞 机 气 动 外 形 等 获 得 相 应的 飞 机 参 数 ， 需 要 对 飞 机 所 在 区 域 进 行 加 密 。 还 有 许 多 类 似 情况 需 要 对 视 频 中 感 兴 趣 区 域 或 局 部 区 域 进 行 加 密 ， 而 其 他 区 域不 加 密 以 方 便 阅 览 和 获 取 相 应 的 信 息 。 因 此 ， 设 计 能 够 对 视 频帧 中 感 兴 趣 区 域 加 密 的 方 法 对 保 护 人 员 隐 私 安 全 和 物 体 的 机密 性 有 着 较 好 的 应 用 意 义 。许 多 对 视 频 帧 全 部 区 域 加 密 的 算 法 都 可 应 用 于 感 兴 趣 区域 加 密 ， 然 而 感 兴 趣 区 域 加 密 算 法 又 有 其 自 身 的 特 点 。 其 中 之一 就 是 加 密 视 频 的 非 加 密 区 域 需 要 在 标 准 解 码 器 中 正 常 解 码以 便 浏 览 ， 即 加 密 视 频 需 要 兼 容Ｈ． ２６４ 编 码 标 准 和 码 流 格式［ １］。 目 前 已 有 文 献 提 出 了 基 于 感 兴 趣 区 域 的 Ｈ． ２６４ 加 密 算法 。 文 献 ［ １］ 中 对 现 有 Ｈ． ２６４ 加 密 算 法 进 行 了 分 类 总 结 ， 列 举了 现 有 的 Ｈ． ２６４ 视 频 感 兴 趣 区 域 加 密 方 案 ， 并 就 安 全 性 、 码率 、 加 密 算 法 复 杂 度 和 感 兴 趣 区 域 加 密 的 意 义 对 现 有 Ｈ． ２６４感 兴 趣 区 域 视 频 加 密 算 法 进 行 了 讨 论 。 文 献 ［ ２］ 中 提 出 了 利用 ＦＭＯ 技 术 和 混 沌 算 法 对 检 测 到 的 人 脸 区 域 进 行 加 密 ， 分 别对 帧 内 预 测 模 式 、 运 动 矢 量 差 和 残 差 系 数 进 行 加 密 ， 其 优 点 是对 码 率 影 响 小 ， 然 而 加 密 过 程 中 只 是 对 多 种 参 数 进 行 异 或 加密 ， 安 全 性 值 得 怀 疑 。 文 献 ［ ３］ 提 出 了 一 种 基 于 人 脸 检 测 的Ｈ．２６４ 感 兴 趣 区 域 加 密 算 法 ， 并 将 感 兴 趣 区 域 周 边 某 些 帧 间 预测 的 宏 块 强 制 变 为 帧 内 预 测 的 方 法 消 除 加 密 区 域 扩 散 效 应 ， 其缺 点 是 码 率 增 加 较 多 。 文 献 ［ ４］ 提 出 了 一 种 基 于 ＡｄａＢｏｏｓｔ 人脸 检 测 算 法 的 感 兴 趣 区 域 加 密 算 法 ， 检 测 出 的 感 兴 趣 区 域 使 用基 于 ＣＡＶＬＣ（ ｃｏｎｔｅｘｔｂａｓｅｄ ａｄａｐｔｉｖｅ ｖａｒｉａｂｌｅ ｌｅｎｇｔｈ ｃｏｄｉｎｇ） 的 加密 算 法 。 作 者 通 过 修 改 帧 间 模 式 解 决 加 密 区 域 扩 散 的 问 题 ， 较好 地 克 服 了 感 兴 趣 区 域 加 密 对 非 感 兴 趣 区 域 的 影 响 ， 然 而 通 过此 方 法 修 改 后 码 率 还 是 增 加 较 多 。 文 献 ［ ５］ 提 出 了 一 种 基 于非 感 兴 趣 区 域 时 空 分 析 的 运 动 显 著 区 域 检 测 算 法 ， 对 感 兴 趣 区域 采 用 置 乱 ＤＣＴ 系 数 、 预 测 模 式 及 运 动 矢 量 的 多 级 置 乱 方 式加 密 ， 但 文 中 未 解 决 如 何 在 保 证 码 率 变 化 不 大 的 情 况 下 有 效 抑第 ３２ 卷 第 ２ 期２０１５ 年 ２ 月 计算机应用研究Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ＣｏｍｐｕｔｅｒｓＶｏｌ． ３２ Ｎｏ． ２Ｆｅｂ． ２０１５
