admin 由于缺少安全措施来保证多媒体数据的安全性，多媒体用户间传递的信息是有风险的，尤其是通过公用网络（如Internet）处理敏感信息时，那么提供可靠的安全措施是必须的、十分迫切的。近年来，随着混沌理论在安全通信方面得到了广泛的研究，接下来，我给大家介绍一种基于混沌理论的H.264编码的实时加密技术。
一、Logistic原理说明
Logistic映射是一维离散混沌系统，运算速度快，方程反复迭代可以产生较好的混沌序列。产生的混沌序列对初始状态和系统参数极其敏感。Logistic映射的定义为：
其中，控制参数u介于（0，4），x（n）在（0，1）之间，Logistic映射的大量研究已经表明，当u达到极限值，即u=3.5699456时，系统的稳态解周期为∞。当3.5699456<u≤4时，Logistic映射呈现混沌状态，所以为了实现混沌态，在实际应用时，u的取值范围应设定为：
二、H.264编码原理说明
H.264编码器的实现如图所示。
H.264编码器仍然使用变换域预测的混合编码。输入的帧或场Fn以宏块为单位被编码器处理。首先按帧内或帧间预测编码的方法进行处理。采用帧内编码时，其预测值PRED是由当前片中前面已编码的参考图像经MC，运动补偿，后得出的，其中参考图像用Fn-1’表示。预测值PRED与当前块相减，产生的残差块Dn经量化、变化后产生一组量化后的变换系数X，再经熵编码（与解码所需的一些头信息）如预测模式量化参数、运动矢量等，一起组成一个压缩后的码流，经NAL，网络提取层，供传输与存储使用。
三、加密算法设计
1、Logistic混沌序列的产生
用Logistic映射公式对x（n）进行m次迭代，生成混沌序列。
序列产生：
1）取x（i）=0.x（i）1x（i）2x（i）3x（i）4…x（i）k-2x（i）k-1x（i）k，取初值i=0。
2）令m（i）=∑x（i）j，m_av（i）=m（i）/k。
3）对x（i）进行Logistic映射，迭代m（i）次，记录x_record（i）=x（m（i）），令x_record（i）小数点后的位序列为x_record（i）1x_record（i（2））x_record（i）k。在（1）k，范围内，对任意i，若（i-1）%m_av（i）=0成立，记录x_seq，16*i-16+j，= x_record（i）j，令m（i+1）=∑x_record（i）k（m_av（1）=m（1）/（k/m_av（0））i=i+1。
4）重复上述步骤3，至n=128止。
2、视频加密实现
输入YUV，亮度和色差信号，测试序列，把视频图像分成若干N×N大小的块，对每块进行DCT，离散余弦变换，变换和量化，得到DCT量化系数矩阵分别为DCT_COEFF_DC和DCT_COEFF_AC，在输入到输出码流前，用混沌序列对预测模式进行加密，在本文中，选择的加密部分为：
（1）对亮度块预测模式进行加密。
（2）对运动矢量差分值进行加密。
（3）对色度块预测模式进行加密。
（4）对残差块相关信息进行加密。
3、亮度块预测模式加密
本文中主要对帧内预测模式进行加密，对亮度信号而言，预测块P用4×4子块或者16×16宏块的相关操作，4×4亮度子块有9种可选预测模式，独立预测每个4×4的亮度子块，16×16亮度块有4种预测模式，用以预测整个16×16亮度块，色度块也有4种预测模式，类似于16×16亮度块预测模式。
在H.264码流中，对于每个4×4块，用1比特prev_intra4×4_pred_mode标 志 和3比 特rem_intra4×4_pred_mode信息表示预测信息，当pred_intra4×4_pred_mode=1时表示使用最可能的预测模式，pred_intra4×4_pred_mode=0，表示使用参数rem_intra4×4_pred_mode指明的信息，在这里我们对rem_intra4×4_pred_mode为3的比特信息直接进行加密。
对于16×16的亮度模块，其帧内预测模式分别用0~3表示，故可知，在写入H.264比特流中的信息中，其包含2比特的信息，我们可以用Logistic映射产生的位序列元素直接对其进行加密。
4、色度块预测模式加密
对于色度块的预测模式intra_chroma_pred_mode，也有四种情况分别用0~3表示，其采用Exp-golomb的ue（v）方式进行编码，鉴于ue（v）编码的特殊性，为保证格式的兼容，我们不对整个码字进行加密而只是加密其模式1和模式2。由于模式1和模式2的变长码字分别为：010和011，因此在用Logistic映射产生的位序列元素对其进行加密时直接加密其最后一位。
5、MVD（运动矢量差分）的加密实现
MVD采用Exp-golomb的se（v）方式进程编码，代表实际信息的k bit后缀对于任意k个bit的组合都是有效的。在本文中我们用Logistic映射序列直接对该码字的后缀suffix进行加密。
6、CAVLC熵编码加密
CAVLC（基于上下文的自适应的可变长编码），用于亮度和色度残差数据的编码。在CAVLC中，上下文模型的选择主要体现在两个方面，非零系数编码所需表格的选择及拖尾系数后缀的更新。CAVLC编码涉及到，对非零系数数目，TotalCoeffs，以及拖尾系数数目（TrailingOnes）的编码，每个拖尾系数的符号的编码，除拖尾系数之外的非零系数的幅值（Levels）的编码，最后一个非零系数的前零数目的编码，每个非零系数的前零个数的编码。
本文根据H.264 CAVLC加密算法及特征提出了一种基于Logistic混沌映射的实时加密算法。通过基于混沌映射提供的巨大的加密序列，基于编码特征有选择地对编码进行加密，满足了一定的安全性和实时性的要求，且本文提出的算法简单，对视频的压缩比并没有影响。
小知识之H.264
H.264是ITU-T以H.26x系列为名称命名的视频编解码技术标准之一。国际上制定视频编解码技术的组织有两个，一个是“国际电联（ITU-T）”，它制定的标准有H.261、H.263、H.263+等，另一个是“国际标准化组织（ISO）”它制定的标准有MPEG-1、MPEG-2、MPEG-4等。而H.264则是由两个组织联合组建的联合视频组（JVT）共同制定的新数字视频编码标准，所以它既是ITU-T的H.264，又是ISO/IEC的MPEG-4高级视频编码（Advanced Video Coding，AVC），而且它将成为MPEG-4标准的第10部分。因此，不论是MPEG-4 AVC、MPEG-4 Part 10，还是ISO/IEC 14496-10，都是指H.264。
