基于H.264的视频混沌加密的研究与实现

【摘要】随着科技的不断进步和多媒体技术的不断发展,信息技术已经渗透入人们生活的方方面面,信息的安全问题已经引起人们的越来越多的关注,因此如何加强信息的安全性就成为了一个亟待解决的难题。一方面,H.264编解码技术因其具有高压缩比、良好的网络适应性成为目前视频编解码技术的研究热点；另一方面,混沌系统对初始条件及系统参数的高敏感性、拓扑传递性、宽频谱、非周期及运动的轨道的遍历性等特性恰恰与现代密码学中的扩散与混叠特性相吻合,这证明混沌与密码学之间有着天然的联系,因此把混沌理论应用于信息安全领域有着广阔的发展前景。目前,对信息进行加密的算法基本上都是针对于PC平台的,而对于嵌入式设备而言,由于自身的限制并不适合应用这些算法对信息进行加密。而混沌加密具有这方面的优势,因此将混沌加密算法应用于嵌入式系统的设备中有着广阔的应用前景。本文研究的主要内容包括：(1)系统的研究了混沌理论,并提出了一种新的混沌视频加密方法,即用猫映射对YUV格式视频中的U帧和V帧数据进行位置置乱,而用改进型Wang-Chen算法产生的混沌序列对视频中的Y帧数据进行数学运算,并从算法的安全性、加密速度等方面进行了分析。该加密算法不但能够保证视频的数据结构不被破坏,而且加密速度快、安全性高。实验结果表明：该加密算法对密钥非常敏感,并且具有很大的密钥空间,对各种攻击具有较强的抵抗性,因此加密的安全性非常高,同时该加密算法综合了流密码和块密码的优点,不但不会改变视频流的码结构,而且加密速度快、效果好。虽然猫映射加密方式会导致视频帧内数据的相关性变小,但通过实验证明该加密算法对视频的压缩编码几乎没什么影响。(2)嵌入式Linux开发平台的软硬件环境的搭建。对嵌入式平台中的相关硬件进行简单的分析,并且将嵌入式Linux操作系统移植到了目标平台上。其中包括Bootloader、Linux内核、根文件系统及相关的硬件驱动程序。完成了基于嵌入式Linux的ARM平台的调试工作。(3)简要概括了H.264编解码器的基本原理及总体结构,并对其关键技术进行详细阐述。重点介绍了如何将H.264编解码器移植到ARM平台上。(4)设计了一个基于H.264的视频混沌加密系统。由于在编码前对视频进行加密,因此该系统可以应用于所有采用H.264标准的业务,如视频会议、数字广播电视、视频监控、流媒体等,具有重要的实用价值。
【作者】李黎明；
【导师】禹思敏；
【作者基本信息】广东工业大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】混沌；H.264；视频加密；ARM；Linux；

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