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　　确ｔｅｍｅｔ技术和毛觅频压缩技术的发展使得视频会议、可视电话等视频＿Ｉ踅用应运而

　　生。与此同时，当视频内容涉及到Ｉ目家机密、个人隐私时：人们又总是希塑视频信息

　　能够保密传赣。与文本数据不嗣，筏频吴寿数攥囊天、实辩瞧要求高等特点，传统麴

　　本文首先研究了Ｈ．２６３编码原理，并对Ｈ．２６３编，解码器进行了简化、封装和改

　　进；惑缡了现有姆魏频躲密算法，改进了其中的一饕；然螽傻用ＶＣ＋＋删ＦＣ开发出

　　了墓予Ｈ．２６３的税频保密会议系统：单播视频僳密会议系统和组播视额保密会议系

　　统。实验结果表明，系统能够集实时视频采集，厦示、编，解码、加／解密、网络传输等

　　本文还尝试了一季孛萋于小波变换篷税额编璐方案——ＶｗＣ编码。与传统豹疆菝

　　编码标准／６｜司，ＶＷＣ编码并未对图像进行分块、ＤＣＴ变换，而是直接对图像进行小

　　波变换。ＶＷＣ编码能够精确的控制码苹，并且运算负载小、容错性能高，但是压缩

　　比不熹。结合ＶＷＣ蹁码，本文撼感了一种基予混淹的二值黟列翅密算法。漩算注可

　　以在码流的任意比特处截断丽傈诞前面所接收到的数据正确勰密；算法与明文框关，

　　使得已知明文攻击／选择明文攻击失效；能够灵活的控制算法的安全等缀。实验结果

　　ｔｈｅｃｏｎｔｅｎｔｓｏｆｖｉｄｅｏｃｏｎｃｅｒｎｎａｔｉｏｎａｌｓｅｃｒｅｔｏｒ

　　ｉｎｒｅａｌ－ｔｉｍｅ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｅｎｃｒｙｐｔ

　　ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｂｅｉｎｇｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ｏｎｅ

　　Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｗｏｓｅｃｕｒｅｖｉｄｅｏｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ

　　ｉｎｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｖｉｄｅｏｃｏｄｅｃｓｔａｎｄａｒｄｓ，ＶＷＣｉｍｐｏｓｅｓ

　　ｗｈｏｌｅｆｒａｍｅａｎｄｅｎｃｏｄｅｓｔｈｅｗａｖｅｌｅｔｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ，ｔｈｕｓ，ｓｏｍｅｓｕｐｅｒｉｏｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓ

　　ａｃｃｕｒａｔｅｂｉｔ—ｒａｔｅｃｏｎｔｒ０１．１０ｗＣＰＵｏｖｅｒｌｏａｄ．ａｎｄ

　　Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技术的发展为信息在网络上的发布与传输带来了方便，但也带来了安全

　　隐患。据统计，全世界几乎每２０秒钟就有一起黑客入侵事件发生…；仅美国每年由

　　比如，在视频会议中，会议内容往往涉及到国家机密、军事情报、商业秘密以及个人

　　隐私等，因此与会人员总是希望在互相交流的时候不外泄彼此的信息；在远程诊疗的

　　过程中，病人的个人隐私也要以视频的形式在网上传输，这些数据是不希望被无关人

　　早期主要是对模拟信号采用频谱搬移、视频倒相【３】等方法来进行加密，即将携带信息

　　的数字基带信号按照加、解密双方的约定调制至某些频段，或者改变视频信号的极性；

　　但是这种加密方案安全性较低，容易被破解，并且增加了先调制、后解调、再调制的

　　环节，因此图像质量总有恶化，加密的可靠性很差。随着数字视频信号传输条件的成

　　熟，视频加密技术获得了新的发展。在处理视频信号时，可以先将模拟信号转化为数

　　字信号（取样、量化、编码），然后对数字视频信号压缩编码，最后再存储或传输。

　　成本低、伸缩性好；特别是对于小的便携设备而言，硬件会增加制造成本，增大设备

　　对文本数据的高强度密码（ＤＥＳ、ＡＥＳ）不适合于视频数据的加密。目前已经出现了

　　很多种专门针对视频数据的加密算法，这些算法可以分为两大类：完全加密算法和选

　　（１）完全加密算法。这种加密方案对编码以后的所有视频信号进行加密。此时视频信

　　（２）选择加密。也可以称为部分加密、局部加密等。选择加密是指在视频编码的过程

　　码过程中设计加密算法，可能会破坏原有数据的分布特性，从而降低压缩效果等。

　　后数据膨胀小并且容易实现的算法。到目前为止，国外的许多著名高校、研究机构和

　　公司都做出了一定的成果，如斯坦福大学、Ｄｅｐａｕｌ大学的网络信息安全实验室、

　　Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ公司、ｍＭ公司以及ＮＥＣ公司等等。在皿ＥＥ，ＳＰＩＥ，Ｓｐｒｉｎｇｅｒ，ＡＣＭ等

　　重要的会议或期刊上，也有不少涉及视频加密的文章。在我们国家，如清华大学，上

　　海交通大学，西安交通大学，密安（Ｏｎｅｔ）公司等，也都做出了一定的研究成果，有

　　些已经开发成产品并投入了使用。但要做到真正意义上的完全防范尚存在一定距离。

　　本文研究了Ｈ．２６３编码原理和现有的视频加密算法，使用ＶＣ＋＋／ＭＦＣ开发出了

　　基于Ｈ．２６３的视频保密会议系统：单播视频保密会议系统和组播视频保密会议系统；

　　尝试了基于小波的视频编码方案，并结合该方案提出了一种基于混沌的二值序列加密

　　（１） 研究了Ｈ．２６３视频压缩标准，对编、解码源代码做了较大修改：删除了部分高

　　级模式，保留了Ｈ．２６３编、解码器的基本功能；将编、解码器分别封装成动态

　　（２） 研究了现有的视频加密算法，对其进行了归纳、分类；利用时空混沌技术改进

　　（３） 开发出了视频会议系统：单播视频会议系统和组播视频会议系统，分别满足不

　　同场合的需要。系统集实时视频采集，显示、编／解码、网络传输等于一体，能够

　　（４） 向会议系统中添加了三种加密算法：ＦＬＩＮＳ加密（一种基于混沌的加密算法）、

　　ＦＬ矾Ｓ＋加密（ＦＬＩＮＳ加密算法的改进）和时空混沌流加密，因此视频信号可以

　　ｆ５） 尝试了一种基于小波的视频编码方案——ＶＷＣ编码，利用ＶＣ＋“ＭＦＣ开发出

　　了ＶＷＣ视频编／解码平台。与传统的视频编码标准不同，ＶＷＣ编码并未对图像

　　（６） 提出了一种基于混沌的二值序列加密算法——ＣＢＥＡ加密算法。该算法有三个

　　本文的结构是这样安排的：第２章介绍Ｈ．２６３编码原理：第３章研究现有的视频

　　加密算法，对其进行归纳、分类；第４章讨论视频保密会议系统的工程实现，并对系

　　统的性能进行了实验分析；第５章阐述了ＶＷＣ编码流程和ＣＢＥＡ加密算法的原理，

　　并通过实验分析了ＶＷＣ编码平台的性能和ＣＢＥＡ加密算法的效果；第６章总结全文。

　　视频数据量巨大，给存储和传输带来很大不便。据计算，数字电视如果播放１ＴＵ－Ｒ

　　６０１标准的未经压缩的视频，需要２１６Ｍｂｐｓ的传输带宽。如果按照这种码率，一张

　　４．７Ｇ的ＤＶＤ的光盘仅能够存放８７秒的视频‘５１１可见当前的存储容量和网络带宽远

　　（ｒｒＵ．Ｔ）和国际标准化组织／国际电工委员会（ＩＳＯ／正Ｃ）完成【６１。由ｒｒＵ—Ｔ组织制

　　定的标准主要是针对实时视频通讯的应用，如视频会议和可视电线Ｌ）；而由ＩＳｏ／ⅢＣ制定的标准主要是针对视频

　　数据的存储、广播电视和视频流的网络传输等应用，它们阻ＭＰＥＧ—ｘ命名（如ＭＰＥＧ一１，

　　通常隋况下，Ｈ．２６ｘ标准侧重于视频和音频信息的数据压缩效率，以适合调整该

　　系统在特定的位速率下传输；ＭＰＥＧ－ｘ标准则倾向于控制视频质量而不是控制位速

　　率。但是各种编码技术都是相互渗透的，任何一种有利于数据压缩的方法都可以应用

　　本文将要搭建局域网内的视频会议平台，因此选择了Ｈ．２６３视频编码标准。表

　　２．１列出了各种压缩标准的编码效果（ｃｏｄｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ）趋势旧。

　　Ｈ．２６３是ｒｒＵ—Ｔ于１９９５年制定的一种码率低于６４ｋｂｉｔ／ｓ的甚低码率视频压缩编码

　　标准。其修订版本有１９９８年的Ｈ．２６３＋和２０００年的Ｈ．２６３＋＋。Ｈ．２６３标准不仅着眼于

　　持ＰＳＴＮ与无线；支持Ｎ．ＩＳＤＮ酶Ｈ．３２０，支持Ｂ—ＩＳＤＮ斡｝王．３１０簿［７１。

　　鸯然努中在秘一静激色都可以由绂（Ｒ）、绿（Ｇ）帮蓝（Ｂ）三秘颜色馕之昶确

　　定，它们梅成一个３缭的ＲＧＢ矢量窀闻。Ｒ、Ｇ、Ｂ的数值不同，混合褥到的颜色就

　　波长的光，并以各种不间的相对强度综合起来产生颜色。组合这三种光波以产生特定

　　颜色豫为舔勇ｌ德色，毽称之秀ＲＧＢ禳麓篌壅。一般箍示彩色图像翔ＲＧＢ裙麓瀑色模

　　劐其它蕨惫蜜阕，锲魏Ｙ投，ｙ四羁ＹＣｒＣｂ窒阕。其中每一秘颓色空阍都将产生一

　　种亮度分墩信号和两种谯差分量信号，褥每一种变换使用的参数都是为了通应某种类

　　型的显示设备。其中ＹＩＱ适用于美国国家电视标凇委员会（ＮａｔｉｏｎａｌＴｅｌｅｖｉｓｉｏｎＳｙｓｔｅｍ

　　Ｃｏｍｍｉｔｔｅｅ，ＮｒＳＣ）彩敷电视剖式，ⅥⅣ适用于ＰＡＬ和ＳＥＣＡＭ彩色电视制式，而

　　Ｈ．２６３编码器的输入文件采用ＹＣｒＣｂ空间。使用该空间有两个优点。曾先，亮

　　度信号（Ｙ）和色差信号（Ｃｒ、Ｃｂ）桐互独立，也就是由Ｙ信号分量构成的黑自图像

　　与蔼Ｃｆ、ｅｂ售号稳戏瓣涎淫摹色鬻豫耀互独立，融ｌ避面｛薹¨对这些单色蚕豫分溪进行

　　编码。其次，可以利用人眼的特性来降低数字彩色黼像所需要的存储容量。人服对色

　　度细节的分辨能力远比亮度细节的分辨能力低。比如，若把人鼹刚能分辨出糸的黑白

　　耀翅的条纹换戏不同颜色豹彩色条纹，那么眼睛就不能再分辨出条纹亲。由予这个乐

　　因，就可以箍彩色分量瓣分辨率降蘸掰不疆显影确黼像静质量。瓣两就可以熬几个狸

　　应将该强像转换委ＹＣ孵ｂ空震，然露霉霞爱Ｈ。２６３壤玛器迸嚣编筠；与之糖霹应，

　　解码以后墩簧首先将图像从ＹＣＩｃｂ空间转换到ＲＧＢ空间，以在计算机显示器上显示。

　　当Ｒ、Ｇ、Ｂ的取值范围为８位二进制的［Ｏ，２１９］时，两种空间的相互转换关系如公

　　ｆ兽ｍ’１７２６却裳８８ ０ ’ ５ ， ； １ ＇ ４ ４ 舻 Ｉ Ｉ ； ｊ 十 １ ０

　　Ｈ．２６３使用的颜色空间为ＹＣｒＣｂ空间，其中Ｙ代表亮度分量，Ｃｒ、Ｃｂ代表色差

　　分量。由于人眼对亮度分量比较敏感，对色差分量不太敏感，Ｈ．２６３对Ｙ、ｃｒ、Ｃｂ

　　采用４：２：０的亚采样格式［５］，即每采样４个Ｙ分量，采样一个Ｃｒ分量和一个Ｃｂ分量，

　　Ｈ．２６３编码源文件的基本格式为公用中间交换格式（ＣｏｍｍｏｎＩｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅ

　　０１，同时也支持另外四种文件格式，分别为：Ｓｕｂ．ＱＣＩＦ、ＱＣＷ、４ＣＷ

　　与一般的图像文件不同，ＣＩＦ系列的文件既没有文件头也没有图像头。它们在计

　　算机中的存储方式极为简单：先存Ｙ分量数据，接着Ｃｂ分量，接着Ｃｒ分量：然后

　　Ｈ．２６３的语义结构可以分为四个层次，自上而下分别为：图像层（Ｐｉｃｔｕｒｅ

　　—．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｌ

　　期块层（ＢｌｏｃｋＬａｙｅｒ）。其中宏块层代袭着原始图像中１６像素×１６像素大小的嚣域。

　　由于ＹＣｒＣｂ采用静是４：２：０格式，因戴一个宏块又可戮分为鹜个８像素ｘ８像索懿Ｙ

　　块和一个８像素ｘ８像綮的Ｃｂ块、一个８像素×８像素的Ｃｒ块。块是Ｈ．２６３编码的

　　基本单元，不可以再被划分。另外，若干个相邻的宏块（ＭＢ）被称为一个块组（ＧＯＢ）；

　　若于个袋绦缝藏一枣粪霾豫。蚕２．２示出了ＣｔＦ赣懿疆义绝藏拶｜【瑚】。英孛每一麓瓷压露

　　Ｈ．２６３在编码过程中会产生三种类型的帧：Ｉ帧、Ｐ帧和Ｂ帧。其中，Ｉ帧的编码

　　是独立静，没有任何参考嫉；Ｐ犊是叛嚣一个Ｉ梭缓学Ｐ峻为参考，经过预溅壤码褥

　　Ｈ．２６３标准采用了集运动预测与补偿、ＤＣＴ变换、量化、“之”字扫描、变长编

　　码（ｖＬＣ）等于一体的混合编码算法。对Ｉ帧图像而言，Ｈ．２６３首先将图像分成８像

　　素×８像素豹块，荠对每个块进于亍二维离散余弦（ＤＣＴ）变换、鲎化，然后将量化后

　　的系数“之”字拯掇成～维数组，滚后逶零亍变长编码。对于Ｐ犊藕Ｂ赣，在分块之

　　前还需鼹进行预测，然后再对预测以后的残差值进行上述编码。编码器的缩构框图如

　　视频序列的帧频可以达到２５ｙｐｓ域者３０ｙｅｓ。瑟ｊ此视频序列中的相邻两帧城几顿具

　　有缀大鹃耱关性；特澍楚当嚣标运凌较馒、营暴交纯不大时，这穆福关键霓为突出，

　　它是视频冗余的主要柬源。Ｈ．２６３采用运动预测与补偿的方法降低相邻帧间的相关性。

　　算法袋竣宏浃中斡所有像素点其有耱闫嚣运动软遴。算法要在参考藏静蓑索密疆中寻

　　找一个与当前宏块“娥接近”的宏块，称之为匹配宏块，并使厢一个二维运动矢量指

　　ＳＡＤ（ｘ，ｙ）＊∑∑１风（ｆ’ｊ）－Ｂ。一ｌ（ｉ＋ｘ，，＋），）ｌ－ＷＮｘ，Ｙ≤Ｗ

　　其中，绞（文ｊ）表示第ｋ峻中坐标为蕊穷点躲像素毽，囊，，）是璃移量，彬是镄豢整日。

　　在搜索窗口范围内，使ＳＡＤ达到最小的偏移量＠ｙ）即为所要我的运动矢羹。为了使

　　融Ｄ达到绝对最小，必须对搜索窗口中的每一个值计算ＳＡＤ，然后取最小。但是，

　　这样做运算量太大。实际应用中通常采用一些相对简单的搜索算法，比如菱形搜索法、

　　体斡表瑟激篷往往是穗瓣斡或者是澎交懿。逮蟊在囊２．６所示瓣ｃ鞠嚣渤ａ鞋爨像中，

　　夕卜衣颜色全是黑的，远处天空的颜色－瞧是渐变的。信源冗余有两大来源；信源符号豹

　　相关性和信源符号的不簿概分布‘１１１。因此为了去除冗余必须降低二维图像相邻像素值

　　的耀关性。变换域编码是去赊空厨耦关性鲍有效途强，它链将爨像静链量集中铡少数

　　在理论上，．Ｋ—Ｌ变换是所有变换中去相关能力最好的变换。很Ｋ．Ｌ变换魑以图像

　　的统计特｛生为基础的正交变换，它的变换核矩阵不愿固定不变的，丽是随着输入墨像

　　瓣改交蠢改嶷，霞诧＆Ｌ交换熬诗舞豢强大。ＤＣＴ交换与Ｋ。Ｌ变换的篷麓投接近，

　　并且具有较多快速算法，便于软硬件实现。因此，Ｈ．２６３对每个８像素×８像素的块

　　采用ＤＣＴ变换［ｇｆｆｌ０］，得到６４个ＤＣＴ变换系数。通常称最左上角的系数为直流系数

　　（ＤＣ系数），其它６３个系数为交流系数（ＡＣ系数）。经过ＤＣＴ变换之后，图像的

　　能量一般会集中到左上角几个点上。通常称靠近左上角的系数为低频分量，靠近右下

　　角的系数为高频分量。公式２．４是ＤＣＴ的正变换和反变换公式。图２．７．１是一个８像

　　素×８像素的图像亮度子块，图２．７．２是该块经过ＤＣＴ变换之后的系数［Ｉ”。

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