摘要
随着5G的快速发展以及移动设备的不断普及，以视频为媒介的信息交流方式正越来越被大众推崇。这就导致人们对于视频质量、视频安全、视频传输速度的要求越来越高。 从视频编码角度而言，自1984年起，人们对于视频编码的研究就从未间断过。在这整整38年的编码技术发展历程中，研究人员制定出了诸多适用于不同领域的视频编码标准。其中，应用最为广泛的H.264/AVC(AdvancedVideoCoding)以其优异的编码效率、网络适应能力和错误恢复能力长期占据着视频编解码的主要市场，而在它基础之上制定的H.265/HEVC(HighEfficiencyVideoCoding)又得益于更强的压缩效率，正被越来越多的公司研究开发并投入使用。 从视频加密角度而言，人类对数据的加密方式与时俱进。传统的加密算法从古典加密阶段的置换加密算法，到对称加密阶段的DES、AES加密算法，再到现如今非对称加密阶段的RSA、DSA加密算法，不断改进，对数据的安全性提升越来越高。因此，早期的视频加密方案直接将以上传统加密算法与视频编码技术相结合，随后又衍生出了基于数据隐藏的视频加密、基于混沌系统的视频加密、基于量子计算的视频加密等。不同的加密方案虽然都不同程度地提高了视频的安全性，但是往往需要消耗更多的内存空间供密钥存储或加密模块存储以及需要更长的编码时间，而且还有可能造成最终的视频画面产生较大的失真。 为了满足当下更好更快更安全的视频要求，本文提出了一种数据压缩与加密并存的视频加密理念。在单个数据容器容量有限的前提下，对数据进行先压缩后选择性加密。先压缩的好处在于能够在有限的空间内存储更多的数据信息，以此减少需要传递的数据分组个数，从而减少数据的传输时间。选择性加密的好处在于无需对整个视频数据进行加密，只需要对编码标准中的部分参数或系数进行加密，加密数据量减小从而加密耗时缩短。此外，视频的主体内容不直接参与加密能有效保证视频加密后具有更小的失真。 基于数据压缩与加密并存的加密理念，本文对哈夫曼编码相关原理及应用做了研究。在现有的视频加密算法基础上引进了联合哈夫曼编码模块。该模块仅有一个规范数据入口和一个规范数据出口。内部由两个子模块组成：分别为静态哈夫曼编码模块和动态哈夫曼编码模块。其中，对于数据出入口的规范是为了确保数据压缩后其格式、长短、语义等保持前后一致，满足编码标准的兼容性要求。模块整体功能是通过对待编码数据的特征分析，动态调用模块内最佳的哈夫曼编码方式，从而最大程度提高数据的综合压缩性能。 最后，本文的研究目标并不是为了单纯的追求高安全性、高视频质量、高视频编码速度中的某一项，而是旨在三项指标中达成一种平衡。实验结果表明，本文基于联合哈夫曼编码的HEVC选择性加密设计能够满足视频数据安全性的基本要求，安全性略低于只追求高安全指标的视频加密方案，但是具有更快的编码速度以及更少的视频内容失真。
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