基于視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法

王瑋，黃浩，謝長生，韓林

(1.華中科技大學(xué) 計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，武漢430074;2.武漢光電國家實(shí)驗(yàn)室，武漢430074)

視頻媒體行業(yè)是采用視頻加密算法最為集中的行業(yè)，針對各種不同視頻系統(tǒng)，有眾多的視頻加密算法運(yùn)用其中.隨著計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，使得很多在原有技術(shù)下足夠安全的加密算法在新技術(shù)條件下易于被破解.同時不斷發(fā)展的技術(shù)也為加密算法提供了更寬廣的技術(shù)選擇以及應(yīng)用環(huán)境.此外視頻技術(shù)、顯示技術(shù)以及傳輸技術(shù)的發(fā)展，也促進(jìn)并推動著視頻加密算法不斷的發(fā)展.

現(xiàn)有視頻版權(quán)保護(hù)技術(shù)中的視頻加密算法在一定程度上很好地保證了視頻的版權(quán)，但也存在著一定的不足，本文以DVD、藍(lán)光高清光盤和網(wǎng)絡(luò)視頻版權(quán)保護(hù)技術(shù)以及其中所運(yùn)用視頻加密算法為例分析其不足.

深層次分析DVD、藍(lán)光光盤視頻版權(quán)保護(hù)技術(shù)以及破解原因，可以將其不足歸結(jié)為以下幾個方面.

首先，算法復(fù)雜度受限.受限于版權(quán)保護(hù)技術(shù)設(shè)計之初的技術(shù)發(fā)展水平，加密算法以及版權(quán)保護(hù)技術(shù)需要兼顧當(dāng)時計算技術(shù)、電子技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展.而在版權(quán)保護(hù)技術(shù)的生存周期中，某些在設(shè)計之初足夠安全的算法或技術(shù)隨著計算機(jī)性能的飛速發(fā)展而變得不安全.

其次，密鑰安全性不足.多數(shù)視頻版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)被破解的起源并不是加密算法的被破解，而是密鑰的泄漏.密鑰相對算法而言較易獲得或破解.并且密鑰之間關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)而密鑰與明文之間幾乎無關(guān)聯(lián)，由此造成黑客可通過偶然泄漏的密鑰破解出其他或所有密鑰，而這些密鑰幾乎對所有的密文都有效.

最后，離線式授權(quán)管理方式.由于傳輸方式所限，光盤、播放器、密鑰、解密算法以及視頻內(nèi)容都存放于用戶端.這樣的離線授權(quán)管理方式從根本上而言就存在著不安全的隱患.

從以上這些方面來分析，網(wǎng)絡(luò)視頻版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)相對光盤系統(tǒng)有著極大的改進(jìn).基于高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES)加密算法級別的高安全性加密算法、不同內(nèi)容之間完全獨(dú)立的密鑰管理機(jī)制、獨(dú)立的授權(quán)管理中心以及在線式密鑰發(fā)送機(jī)制使得網(wǎng)絡(luò)視頻版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)具有極高的安全性.單純從技術(shù)角度分析，網(wǎng)絡(luò)視頻版權(quán)保護(hù)技術(shù)相對完善，安全性也較高，但依然存在一些不足之處.

首先，密鑰相對密文重要性仍有不足.現(xiàn)有版權(quán)保護(hù)技術(shù)的密文信息中都包含所有的明文信息.從理論而言，密文中包含有全部的明文信息，理論上存在不需要其他附加信息即能完整還原明文信息的可能性，因此還是存有潛在的安全威脅.

其次，加密算法計算復(fù)雜度過高.由于高安全性加密算法的引入，相應(yīng)加密過程對計算能力的要求相應(yīng)提升.加密過程的計算資源消耗以及大容量、多用戶的視頻內(nèi)容傳輸所需要的存儲以及網(wǎng)絡(luò)資源消耗給服務(wù)器帶來的負(fù)載過大.

另外，網(wǎng)絡(luò)視頻版權(quán)保護(hù)技術(shù)對網(wǎng)絡(luò)接入速度要求較高，受限于網(wǎng)絡(luò)接入速度而無法支持超高清、高碼率視頻的網(wǎng)絡(luò)實(shí)時傳輸.

密鑰的處理不當(dāng)是現(xiàn)有視頻加密算法安全性缺陷的很大一個原因.存儲位置、授權(quán)或是密鑰與明文關(guān)系、密鑰相對密文重要性都是視頻加密算法不夠安全的原因［1］.針對以上問題，本文提出一種視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰概念用于視頻加密算法.

1 內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰視頻加密算法

1.1 內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰概念

常見加密算法密鑰多由隨機(jī)數(shù)或其他與明文本質(zhì)上無關(guān)的數(shù)據(jù)所產(chǎn)生，內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰本身為明文的一部分.內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法按照明文數(shù)據(jù)重要性，將明文分為敏感數(shù)據(jù)與主體數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量小但重要性高的敏感數(shù)據(jù)作為明文的密鑰從明文中抽取出來，而將剩余那些數(shù)據(jù)量較大但重要性較低的主體數(shù)據(jù)部分作為密文.

基于內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰的視頻加密算法在實(shí)際應(yīng)用中，通過視頻關(guān)聯(lián)密鑰加密算法，將密鑰與密文分離，密鑰通過安全性高但計算復(fù)雜度大、開銷大的高安全信道傳輸;密文數(shù)據(jù)可以通過計算復(fù)雜度小、安全性沒有前者高的傳輸系統(tǒng)傳輸.通過控制密鑰的安全性來保證版權(quán)整體安全性.

1.2 視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法技術(shù)框架

本文提出一種基于內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰的、新穎的、針對高清、高碼率視頻的視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法.通過該算法將視頻分割成主體數(shù)據(jù)和敏感數(shù)據(jù)，主體數(shù)據(jù)通過高清光盤技術(shù)傳輸分發(fā)，敏感數(shù)據(jù)用高安全性的網(wǎng)絡(luò)傳輸.當(dāng)密文播放時，播放器實(shí)時從服務(wù)器獲取密鑰，并將數(shù)據(jù)匯合，通過解密算法還原成完整的視頻并解碼播放.由于加密算法類似將敏感數(shù)據(jù)從明文中抽取出來，因此也將該加密算法稱為抽取算法.

抽取算法利用視頻特性對視頻進(jìn)行加密，因此加密效果評判標(biāo)準(zhǔn)較特殊，是以加密后視頻質(zhì)量被破壞程度作為是否符合加密要求的標(biāo)準(zhǔn).視頻圖像可能因?yàn)槲⑿嚎s參數(shù)的不同，導(dǎo)致內(nèi)容與效果基本一致的視頻在數(shù)值上相差巨大［2］.同樣，不同參數(shù)的抽取算法也難以保證加密后視頻效果的精確一致性.抽取算法中有視頻質(zhì)量評估過程進(jìn)行破壞程度評估，判斷破壞是否滿足要求.如不滿足要求，則反饋給算法控制部分，調(diào)整抽取參數(shù)并重新抽取.圖1為算法結(jié)構(gòu)圖.

圖1 帶反饋視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of video content associated encryption algorithm with feedback

視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法具有以下優(yōu)點(diǎn):

1)視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰含有密文中所不包含的明文信息，密鑰具有絕足輕重的作用.密文在理論上不存在繞開密鑰而被破解的可能.

2)密鑰為明文的一部分，不同明文的密鑰之間無關(guān)聯(lián)性.即使出現(xiàn)密鑰泄漏，也無法從泄漏密鑰推測出其他密鑰，減少了泄漏密鑰的危害.

3)密鑰是算法安全性的保障，即使算法本身被破解，仍然無法對密文破解.計算機(jī)性能發(fā)展所帶來的加密算法趨于不安全趨勢對于算法而言影響較小，算法獲得更長的應(yīng)用周期.

4)密鑰通過網(wǎng)絡(luò)傳輸，相對全文網(wǎng)絡(luò)傳輸大幅減少了資源開銷以及網(wǎng)絡(luò)傳輸速度的限制.

5)密鑰采用在線認(rèn)證授權(quán)方式，授權(quán)控制方可為視頻版權(quán)方，保證視頻版權(quán)方的利益，同時密鑰與密文、算法處于物理隔絕，增加安全性.

2 視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法設(shè)計

2.1 加密算法敏感數(shù)據(jù)選取規(guī)則

內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法的核心是區(qū)分視頻中對視頻質(zhì)量影響較大的敏感數(shù)據(jù)與影響較小的主體數(shù)據(jù).對于H.264視頻其數(shù)據(jù)可分為:視頻、音頻數(shù)據(jù)以及文件格式信息.文件格式信息等數(shù)據(jù)與音視頻內(nèi)容無直接關(guān)聯(lián)，音頻相對視頻對人感官重要性較弱，無疑視頻數(shù)據(jù)是最重要的數(shù)據(jù).

宏塊是H.264編碼基本對象，宏塊主要為I，P以及B宏塊.若干宏塊組成條帶，一個或若干個條帶組成圖像.按照所含宏塊，條帶可分為I，P以及B條帶(本文中不針對SP，SI條帶分析，將其認(rèn)為P和I條帶的一種特殊形式)［3］.I條帶相對與P和B條帶而言，其壓縮比較小，抽取I條帶數(shù)據(jù)比例須比抽取B和P條帶比例大才能達(dá)到一樣的破壞效果［4］.另外對于整體碼流來說，I條帶個數(shù)遠(yuǎn)比B和P條帶數(shù)據(jù)少，由于顯示時間固定，抽取I條帶對視頻破壞的時間性影響有限.

B和P宏塊數(shù)據(jù)可分為運(yùn)動矢量、參考條帶指針以及殘差數(shù)據(jù)，運(yùn)動矢量采用預(yù)測方式進(jìn)行壓縮［5-6］.因此可認(rèn)為運(yùn)動矢量分為預(yù)測值以及運(yùn)動矢量預(yù)測殘余.抽取算法選擇預(yù)測殘差作為密鑰.

綜上所述，視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法的敏感數(shù)據(jù)取自視頻中B和P條帶中B和P宏塊的運(yùn)動矢量預(yù)測殘差.

2.2 加密算法設(shè)計

為了有效控制密鑰文件大小，并非所有符合敏感數(shù)據(jù)要求的數(shù)據(jù)都作為密鑰存在，抽取算法使用改進(jìn)Logisitc混沌系統(tǒng)產(chǎn)生的偽隨機(jī)序列，確定視頻中哪些B和P宏塊的運(yùn)動矢量殘差作為敏感數(shù)據(jù).抽取算法處理步驟分為以下步驟.

1)明文預(yù)處理.此過程通過對明文視頻數(shù)據(jù)分析，記錄視頻中符合敏感數(shù)據(jù)要求的宏塊數(shù)量、碼流平均碼率以及視頻時長等信息用于加密.

2)抽取算法初始值設(shè)定.初始值包括改進(jìn)Logisitic映射的初值X0，μ以及敏感數(shù)據(jù)比例p.

3)根據(jù)視頻中符合敏感數(shù)據(jù)要求的B和P宏塊數(shù)b、碼率m、時長t以及比例p，確定宏塊抽取數(shù)量s以及抽取比例q.如式(1)所示，其中16為每個宏塊抽取運(yùn)動矢量殘差位數(shù).

4)確定抽取位置并抽取.分為以下子步驟:

①將視頻以I條帶為分界點(diǎn)，分解為一系列B和P抽取條帶組.后續(xù)以抽取條帶組為單元.

②以1/q(Q，取整數(shù))為大小將抽取條帶組中的抽取宏塊分組，此分組也稱為抽取窗口.

③根據(jù)改進(jìn)Logisitic映射確定每個抽取窗口中所抽取宏塊.改進(jìn)Logisitc映射如式(2)所示［7］.F(n)值指定抽取宏塊為該抽取窗口中的第幾個宏塊.其中m=32，F(xiàn)(n)取整數(shù).當(dāng)抽取條帶組最后一個抽取窗口中剩余宏塊數(shù)Q′小于Q時，則用Q′取代Q作為最后一個抽取窗口大小.

④抽取宏塊中運(yùn)動矢量預(yù)測殘余，并使用偽隨機(jī)數(shù)f(n)替換原有數(shù)據(jù).當(dāng)f(n)為奇數(shù)時抽取向量x軸數(shù)據(jù)，為偶數(shù)時抽取y軸數(shù)據(jù).

5)視頻質(zhì)量評估與反饋.該過程利用視頻質(zhì)量評估方法對抽取加密之后的主體數(shù)據(jù)的視頻質(zhì)量進(jìn)行估計并進(jìn)行反饋.反饋過程如下:

①對視頻質(zhì)量進(jìn)行評估，并得出評估值.

②將評估值與視頻質(zhì)量閾值進(jìn)行比較.根據(jù)評估值與閾值關(guān)系調(diào)整抽取窗口大小，重復(fù)步驟4)、步驟5)，直至找出窗口大小為Qv時評估值滿足閾值要求，而窗口大小為Qv+1時評估值不滿足閾值要求，則Qv為最佳窗口大小.

6)經(jīng)過視頻質(zhì)量評估及反饋系統(tǒng)處理之后的主體數(shù)據(jù)以及敏感數(shù)據(jù)即為加密完成后的明文與密鑰，完成加密處理過程.

圖2為抽取算法、質(zhì)量反饋系統(tǒng)流程圖.

2.3 視頻內(nèi)容抽取算法有效性分析

對于視頻數(shù)據(jù)而言，校驗(yàn)以及錯誤恢復(fù)工具必不可少.H.264算法使用工具為條帶和宏塊組的劃分與Ⅰ宏塊、Ⅰ條帶防止錯誤的擴(kuò)散以及多參考數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)分割、靈活宏塊次序、冗余條帶等.

1)條帶、宏塊組劃分以及Ⅰ宏塊、Ⅰ條帶機(jī)制:當(dāng)視頻數(shù)據(jù)在傳輸過程中由于傳輸錯誤造成某些數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)遭到破壞，解碼器可以通過拋棄整個存在錯誤條帶的方式跳過錯誤.視頻抽取算法對于視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式并無破壞.

2)多參考圖像選擇是有反饋視頻系統(tǒng)中常用的錯誤恢復(fù)工具.內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰抽取算法屬于無反饋的視頻系統(tǒng)，多參考圖像機(jī)制并不適用.

3)數(shù)據(jù)劃分是網(wǎng)絡(luò)傳輸情況下常用的錯誤恢復(fù)機(jī)制.數(shù)據(jù)劃分將條帶中的數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型重新組合成多個劃分并組裝成條帶傳輸.對于視頻抽取替換算法而言，抽取替換數(shù)據(jù)為宏塊的運(yùn)動矢量，而無論該數(shù)據(jù)處于何種數(shù)據(jù)分區(qū).

4)靈活宏塊次序是通過宏塊次序映射表來任意地指配宏塊到不同條帶組，增強(qiáng)了抗誤碼性能.但在抽取算法中，抽取數(shù)據(jù)單元以宏塊為單位，打亂宏塊順序無法恢復(fù)被破壞運(yùn)動矢量信息.

圖2 抽取算法流程圖Fig.2 The progress of extraction algorithm

5)無反饋視頻系統(tǒng)通過冗余條帶增強(qiáng)抗誤碼性能.視頻抽取算法將冗余條帶當(dāng)作普通條帶進(jìn)行抽取，抽取后的冗余條帶難以起到作用.

綜上所述，H.264算法中防止錯誤擴(kuò)散或錯誤恢復(fù)機(jī)制對于視頻抽取算法并無特殊效果.

3 視頻質(zhì)量破壞效果評估算法

視頻抽取算法處理方式較為特殊，現(xiàn)有客觀視頻質(zhì)量評估方法對抽取算法加密后視頻能否有效評估，以及評估效果如何是不確定的.為了解決這個問題，本文中采用峰值信噪比(PSNR)與結(jié)構(gòu)相似度(SSIM)兩種原理以及方法上完全不同的圖像質(zhì)量評估方法對加密前后視頻圖像序列進(jìn)行評估，并采用平均值方式對視頻質(zhì)量做出評估［8-10］.對比兩種原理上完全不同的視頻質(zhì)量評估方法的評估結(jié)果來驗(yàn)證視頻質(zhì)量評估方法的有效性.

通用PSNR與SSIM算法是針對灰度圖像的評估算法，對于色彩視頻質(zhì)量評估，需將視頻分解為圖像序列，并將圖像轉(zhuǎn)為YCbCr分量圖像，對3種色彩分量進(jìn)行評估，再求綜合值為圖像評估值，最后針對圖像序列求平均值為視頻平均評估值［11-12］.圖像層次PSNR和SSIM公式如下:

式中，PSNRY，PSNRCb，PSNRCr，SSIMy，SSIMCb與SSIMCr為 Y，Cb，Cr分量的 PSNR，SSIM 值;WY=0.6，WCb=0.2，WCr=0.2 為調(diào)整參數(shù).

視頻層次評估以所有圖像的平均評估值作為綜合評估值.當(dāng)兩幅圖像相同時PSNR值無法計算，本文中將相同兩幅圖像PSNR值采用該圖像序列中PSNR最大值加5代替.

本文使用抽取算法產(chǎn)生一系列測試視頻集并使用MATLAB對視頻質(zhì)量評估算法進(jìn)行仿真，對視頻測試集進(jìn)行對比測試［13］.對比測試分為圖像序列對比以及視頻序列對比.圖像序列對比測試將抽取算法加密后視頻分解為圖像序列，使用圖像PSNR以及SSIM算法對圖像進(jìn)行質(zhì)量評估.

圖3為3個視頻測試集使用平均PSNR與SSIM算法的圖像評估值.3個視頻測試集為碼率從10Mb/s到30Mb/s的1080P視頻，視頻長度為一個抽取條帶組，抽取窗口大小為5，抽取比例為2.1% ～2.5%.圖中帶星號曲線為圖像質(zhì)量評估值，無星號曲線為九階多項式趨勢曲線.從以上質(zhì)量評估圖中，可以發(fā)現(xiàn)兩種算法對于不同視頻圖像的評估值趨于一致，尤其是趨勢曲線.

視頻序列對比測試是將視頻序列使用視頻PSNR與SSIM算法進(jìn)行視頻質(zhì)量評估.該實(shí)驗(yàn)中測試視頻序列集為96個不同內(nèi)容、分辨率、碼率視頻序列.從圖4視頻序列評估圖可知，PSNR與SSIM對于抽取算法加密后視頻序列的視頻質(zhì)量評估值在整體上趨勢一致.

PSNR與SSIM算法的設(shè)計思路大相徑庭，而對同一視頻序列測試集產(chǎn)生相似結(jié)果，其原因是兩種算法對于抽取算法加密后視頻質(zhì)量評估有效或近似有效.通過以上實(shí)驗(yàn)可以得出以下結(jié)論.PSNR與SSIM視頻質(zhì)量評估算法對于抽取算法加密后視頻的視頻質(zhì)量評估具有有效性.

假定當(dāng)抽取算法加密后視頻超過1/4以上區(qū)域相對加密前數(shù)值變化范圍超過1/8時，認(rèn)定此圖像破壞程度滿足加密算法破壞程度要求.因此設(shè)定PSNR閾值為24，通過使用PSNR與SSIM對同一視頻序列集進(jìn)行評估，對比兩者結(jié)果，可確定SSIM閾值為0.85.因此當(dāng)加密后視頻質(zhì)量PSNR與SSIM評估值分別小于24與0.85時，可認(rèn)定該視頻破壞效果滿足算法要求［14］.

圖3 圖像序列質(zhì)量評估圖Fig.3 Picture quality measurement

圖4 視頻序列質(zhì)量評估圖Fig.4 Video quality measurement

4 內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰抽取算法效果分析

本節(jié)中將對抽取算法加密后視頻質(zhì)量破壞程度進(jìn)行分析.分析分為:①不同視頻序列在相同抽取窗口大小下的加密效果;②同一視頻內(nèi)容在不同分辨率、不同碼率條件下加密效果;③抽取算法與其他算法效果比較;④抽取算法性能分析.

圖5為3個測試視頻序列在抽取窗口大小為5，抽取比例從1.8% ～2.4%情況下的視頻對比圖.

圖5 加密視頻前后播放效果對比圖Fig.5 Picture comparison of encrypted video and un-encrypted video

表1為以上測試視頻序列的視頻質(zhì)量評估值，可知評估值都小于算法閾值，滿足算法要求.從評估值以及圖像對比可知視頻抽取算法對于不同內(nèi)容視頻序列具有有效性.

表1 不同視頻的視頻質(zhì)量評估值Table1 Video quality measurement of videos

表2為同一視頻內(nèi)容在3種不同視頻分辨率、2種不同幀率、3種碼率條件下的3個測試視頻序列集，在抽取窗口大小為5，抽取比例從2% ～2.6%條件下的加密視頻的視頻質(zhì)量評估值.

表2 同一視頻不同參數(shù)下視頻質(zhì)量評估值Table2 Video quality measurement of video with different parameters

通過以上數(shù)據(jù)對比，抽取算法能夠有效地對同一視頻內(nèi)容在不同視頻參數(shù)下的視頻進(jìn)行有效破壞，且達(dá)到視頻質(zhì)量反饋系統(tǒng)的閾值要求.同時綜合以上實(shí)驗(yàn)，可知抽取算法對于不同視頻序列具有普遍有效性，在合適視頻抽取比例下達(dá)到加密效果要求.

文獻(xiàn)［15］提出了與本文抽取算法類似的敏感數(shù)據(jù)提取算法，其敏感數(shù)據(jù)提取算法采用全文隨機(jī)提取方式抽取.在一定抽取比例下，其算法能夠有效對視頻質(zhì)量以及播放效果做出極大破壞，但敏感數(shù)據(jù)比例較本文中抽取算法大，且效果沒有本文抽取算法良好.表3為相同抽取比例條件下其均勻隨機(jī)抽取算法與本文抽取算法效果比較.從表3可知，本文中抽取算法較均勻隨機(jī)抽取算法具有更好的視頻破壞效果以及對加密視頻文件結(jié)構(gòu)的保持.

表3 算法比較Table3 Algorithm comparison

除了加密效果分析以外，加密算法即抽取算法性能也是視頻內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰加密算法非常重要的組成部分.抽取算法的性能分析主要分析抽取算法本身處理明文數(shù)據(jù)性能，因此性能分析不考慮反饋過程，僅考量固定抽取比例、抽取窗口且無反饋條件下的加密性能，此條件下抽取加密不需要預(yù)處理過程.因此抽取算法可分為文件讀取以及分析部分、改進(jìn)Logistic混沌系統(tǒng)迭代部分以及抽取替換部分.表4為工作在此條件下仿真系統(tǒng)對于抽取算法加密時間的統(tǒng)計結(jié)果.當(dāng)前抽取算法實(shí)現(xiàn)為MATLAB模擬仿真環(huán)境，其首要目的在于對系統(tǒng)可行性的驗(yàn)證，而非性能.因此本實(shí)驗(yàn)中數(shù)據(jù)并非最優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果，后期對算法進(jìn)行性能優(yōu)化后，應(yīng)能達(dá)到更理想的實(shí)驗(yàn)結(jié)果.

表4 性能分析Table4 Performance analysis

5 結(jié)論

本文介紹了內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰技術(shù)以及基于內(nèi)容關(guān)聯(lián)密鑰技術(shù)的視頻加密算法，提出了基于混沌映射的敏感數(shù)據(jù)抽取算法以及加密算法評估方法，經(jīng)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證表明:

1)敏感數(shù)據(jù)抽取算法能夠在5%抽取比例之下對視頻進(jìn)行加密處理.

2)針對敏感數(shù)據(jù)加密效果的視頻質(zhì)量評估方法能夠有效地對敏感數(shù)據(jù)抽取加密后視頻質(zhì)量進(jìn)行評估.

3)相對于均勻數(shù)據(jù)抽取算法，敏感數(shù)據(jù)抽取算法具有更好的加密表現(xiàn).

References)

［1］ Wang W，Huang H，Xie C S.A sensitive data extraction algorithm based on the content associated encryption technology for ICS［C］//Proceedings of 2012 Internation Workshop on Information Storage and 9th International Symposium on Optical Storage.Bellingham:SPIE，2013:87820T-1-87820T-7.

［2］ 畢厚杰.新一代視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)-H.264/AVC［M］.北京:人民郵電出版社，2002:84-89.Bi H J.A new generation of video compression coding standard H.264［M］.Beijing:Posts ＆ Telecom Press，2002:84-89(in Chinese).

［3］ Kalva H.The H.264 video coding standard［J］.IEEE Multimedia，2006，13(4):86-90.

［4］ Wiegand T，Sullivan G J，Bjontegaard G，et al.Overview of the H.264/AVC video coding standard［J］.IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，2003，13(7):560-567.

［5］ 鄭翔，葉志遠(yuǎn)，周秉鋒.JVT草案中的核心技術(shù)綜述［J］.軟件學(xué)報，2004，15(1):58-68.Zheng X，Ye Z Y，Zhou B F.A survey on the core technology of JVT drafts［J］.Journal of Software，2004，15(1):58-68(in Chinese).

［6］ 姚曄，徐正全，楊志云.基于偽隨機(jī)序列的宏塊置亂視頻加密方案［J］.計算機(jī)工程，2005，31(20):162-164 Yao Y，Xu Z Q，Yang Z Y，Macro block permutation video encryption approach based on pseudo-random sequence［J］.Computer Engineering，2005，31(20):162-164(in Chinese).

［7］ 王化豐，張桂香，邵勇.基于Logistic映射的混沌流密碼設(shè)計［J］.計算機(jī)工程，2007，33(10):164-168.Wang H F，Zhang G X，Shao Y.Design of chaotic stream cipher based on logistic mapping［J］.Computer Engineering，2007，33(10):164-168(in Chinese).

［8］ Huynh-Thu Q，Ghanbari M.Scope of validity of PSNR in image/video quality assessment［J］.Electronics Letters，2008，44(13):800-801.

［9］ Olsson S，Stroppiana M，Baina J.Objective methods for assessment of video quality:state of the art［J］.IEEE Transactions on Broadcasting，1997，43(4):487-495.

［10］ Wang Z，Bovik A C，Sheikh H R，et al.Image quality assessment:from error visibility to structural similarity［J］.IEEE Transactions on Image Processing，2004，13(4):600-612.

［11］ Winkler S，Mohandas P.The evolution of video quality measurement:from PSNR to hybrid metrics［J］.IEEE Transactions on Broadcasting，2008，54(3):660-668.

［12］ Shyamprasad C，Vijay S，Martin R，et al.Objective video quality assessment methods:a classification，review，and performance comparison［J］.IEEE Transactions on Broadcasting，2011，57(2):165-182.

［13］ Li S，Ma L，Ngab K N.Full-reference video quality assessment by decoupling detail losses and additive impairments［J］.IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology，2012，22(7):1100-1112.

［14］ Li X J，Chen J F.Robust transmission of JPEG2000 encoded images over packet loss channels［C］//Proceedings of 2007 IEEE International Conference on Multimedia and Expo.Piscataway，NJ:IEEE，2007:947-950.

［15］ 楊耀東.光盤授權(quán)播放內(nèi)容加密算法研究［D］.武漢:華中科技大學(xué)，2011.Yang Y D.Research on content encryption algorithm of Disc authentication system［D］.Wuhan:Huazhong University of Science and Technology，2011(in Chinese).