H.264/ACV标准中的熵编码技术研究

H.264/ACV标准压缩系统由视频编码层（VCL）和网络适配层（NAL）两部分组成。在视频编码层VCL中的熵编码（entropy coding）技术采用基于内容的自适应变长编码CAVLC与—致变字长变码UVLC相结合的编码和基于内容的自适应二进制算术编码CABAC。自适应的算术编码可以使编码器自适应采用动态的符号概率统计,因此可以利用已编码符号的概率统计使算术编码更好地适应当前符号的概率,从而提高编码效率。     

一种高效的CABAC熵编码硬件设计

本设计是一种以基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)为熵编码的高效视频编码方案,通过(CABAC)硬件结构的输入输出模块优化和算术编码模块优化来提高整体架构的效率及主频.在输入模块优化方面,采用四级缓存输入和残差系数优化传输;在算术编码模块优化方面,通过上下文模型索引预读取、预归一化查表和并入串出码流输出设计,提高整体架构的工作效率及主频,降低资源消耗,实现高效流水线高主频硬件架构.硬件设计使用90 nm标准单元库进行综合,可在工作频率为370 MHz下实现流水线,使用电路门数为43.49×10~3.该处理速率及吞吐率可支持HEVC标准的通用测试条件下1 080 P视频30帧·s~(-1)的实时编码.     

AVS 中熵编码算法的研究与实现

AVS+(audio and video coding standard of china)是2012年颁发的新一代视频编码标准。CAVLC(基于上下文的自适应变长编码)和CABAC(基于上下文的自适应二进制算术编码)是该标准在熵编码部分采用的两种算法,相关领域对其研究甚少。分别介绍这两种算法的原理,并将其用C语言在x AVS中实现,最后通过实验对两种算法深入分析与测试。结果表明,CABAC算法复杂度较CAVLC稍有增加,但其获得的PSNR提高0.37 d B,码率降低11.4%,即编码压缩效果好,图像失真小,这种优势在低码率情况下尤其明显。综合两种算法利弊来看,CABAC算法的应用性和发展前景更广。     

Logistic映射控制的安全算术编码及其在图像加密中的应用

提出了一种通过Logistic映射改变模型中符号的顺序及符号的概率值的安全算术编码,将其应用于图像数据的压缩加密中,使其在网络中安全传输更方便,在编码过程中通过完全混沌的序列保证改变模型的均匀性,从而满足图像压缩编码的安全性要求。算法能够应用于任何针对多媒体数据的算术编码器(包括视频,图像,音频等),并且对编码的效率影响甚微,而且基于编码压缩的加密方式相对于其他同类加密方式所具有的明显优势在于,压缩过程大量减少了信息的冗余性,并在此过程中引入加密,这对试图推测出图像信息以及找到密钥的攻击具有良好的鲁棒性。     

基于熵编码CABAC的信源信道联合解码器

H.264的熵编码都采用基于上下文自适应二进制算术编码（CABAC）,能达到较高的压缩性能,但对信道误码非常敏感.文中提出了一种基于CABAC的算数码变长码联合解码算法,联合信源信道算数码解码之后的信息作为变长码的输入信息,再通过变长码格状图搜索获得最佳的符号序列.同时,在算数码解码部分可以利用变长码的码字结构信息来删除无效搜索路径,提高解码性能.仿真实验表明,该联合迭代解码算法明显优于传统的分离解码器.     

利用随机数序列加密视频变长码字的新方法

提出了一种随机改变熵编码码表来实现视频变长码字加密的方法.将熵编码码表中的码字按长度等特征分组,对视频内容信息事件序列做熵编码时,对应每一事件产生一个随机数确定其编码成同组内的哪一码字,随机数序列由二进制随机序列生成以保证随机性.该方法解决了密文出现非法变长码字的难题,保证密文格式兼容,不降低压缩率,达到序列密码的抗攻击强度且计算速度快10倍以上.实验证明密文画面不能理解,该算法适用于MPEG,H.26x及JPEG等主流编码信号.     

基于AHB总线的3级流水线H.264编码器设计

由于H.264编码器计算量非常大,为了降低编码器运行速度,使用了3级流水线,采用AHB作为总线接口.为了获得比较大的压缩率和编码质量,支持I帧、P帧,CABAC/CAVLC,16×16和8×8块的运动估计,支持最大分辨率为720×576.CIF Foreman视频序列的压缩平均码率为320 kbps左右,平均运行速度50 MHz,D1电影视频序列平均压缩码率为1.0 Mbps左右,平均运行速度为100 MHz.     

MPEG-2 AAC缩放因子的算术编码方法

Huffman码的码字只能由整数比特逼近符合的熵，同时它的母符概率模型要做自适应调整非常困难，为克服这些局限进一步提高编码效率，提出用算术编码对先进音频编码器（AAC）的缩放因子进行无损编码，实验验证了该方法的可行性和有效性，表明算术编码在音频编码中具有良好的应用前景。     

改进应用网格编码量化的算术编码G.719音频编码器

网格编码量化的算术编码（ACTCQ）是网格编码量化（TCQ）和算术编码（AC）的有机结合.本论文将ACTCQ应用于G.719,提出了一种改进的G.719音频编码器.主客观实验结果表明,与G.719音频编码器相比,改进的G.719音频编码器不仅降低了0.2%~5.0%的编码速率,而且提高了0.04~0.21的重建音频质量.      

基于参数模型的自适应二进制算术编码算法

为了在视频编码系统中更灵活地运用二进制算术编码,分析了内容自适应二进制算术编码算法的原理和编码流程,针对编码中的模型参数提出了2种不同的参数模型配置:高编码效率参数模型和低复杂度参数模型。低复杂度参数模型与高编码效率参数模型相比,在同等编码质量下可以将运算量降低约30%,存储空间节省87.5%,并结合视频编码中的码率控制机制提出了编码过程中在两种参数模型之间的自适应切换策略,以此来实现熵编码中复杂度和编码效率的折中,以适应不同的应用需求。     

基于视频压缩标准H.264的视频加密算法

提出一种混沌的视频加密算法, 该算法利用混沌函数产生加密序列, 根据视频压缩标准H.264的原理和特点, 先对离散余弦进行变换, 并将量化后的矩阵块作空间置乱和数值扩散, 再对熵编码后的二进制序列进一步加密处理, 解决了视频信息传输的加密问题. 并在H.264参考软件JM12.4上实现了混沌的视频加密算法.     

基于CNN超混沌的视频加密新算法

针对视频数据实时性高,数据量大等特点,提出了一种基于细胞神经网络的视频加密新算法.该算法以五维CNN作为密钥源,根据明文视频帧的尺寸和明文视频帧本身来选择加密密钥,依据扩散思想,对视频进行加密处理.该算法加/解密速度快,可对任何格式的视频数据实现保密通信,具备通用性,且密钥敏感性和明文敏感性强,密钥空间大,可有效抵抗穷举攻击、统计分析攻击、已知明文攻击、选择明文攻击和密文攻击,安全性更高,具有一定的实用价值.     

基于超混沌和扩展Cat映射的实时视频流加密算法

为提高密码的抗攻击性,利用超混沌系统随机性好、可确定再生,且密钥空间较大的特性,提出了一种基于四维连续超混沌系统和扩展Cat映射的实时视频流加密算法。该算法将流密码和块密码相结合,实现视频流的实时加密,克服了现有的多数基于混沌系统的视频加密算法不能抵抗已知明文攻击和密钥空间小的缺点。流密码采用四维连续超混沌方程进行加密,可同时生成4个混沌序列,既提高了加密速度,又增加了密码的复杂度。块密码应用扩展的Cat映射,通过将信息置乱进行加密,Cat映射对初值和参数敏感,置乱效果好,且是双射函数,适合于信息的加密。实验结果表明,该算法安全性高,密钥空间大,能抵抗统计分析、差分攻击,密钥敏感性高,加密速度快,可达到3 Mb it/s,满足实时处理的要求。同时,该算法与视频压缩算法相独立,实现简单。     

基于NTRU的密文域可逆信息隐藏算法

NTRU (number theory research unit)具有抗量子计算攻击、加解密速度快、安全性高的特点,非常适合用于无线保密数据网、认证系统等业务。结合可逆信息隐藏技术,提出了一种基于NTRU的密文域可逆信息隐藏算法。首先利用差值扩展算法完成对图像像素的预处理;然后使用NTRU算法对图像像素进行加密,利用NTRU算法的加法同态性质在密文中嵌入信息,嵌入的信息得到NTRU算法加密的安全性理论保证;解密与信息提取后,利用差值扩展算法的特点可逆恢复出图像像素。采用图像的直方图及方差、信息熵、相邻像素的相关性等统计学方法,论证了在密文中嵌入信息的不可感知性。仿真实验结果表明：该算法既能实现嵌入信息后密文的正确解密,又能无损提取秘密信息,平均嵌入率可达到0.5 bpp (bit per pixel)。     

物联网密文数据访问中可撤销的混合加密控制算法设计

针对物联网密文数据访问中用户隐私数据的安全性与数据应用操作效率要求之间的矛盾问题,提出一种新的可撤销的混合加密控制算法。介绍了对称加密算法,根据物联网密文数据访问中用户录入的指纹,通过数据特征提取过程、模板生成过程以及密钥生成过程生成可撤销密匙。介绍了公钥加密算法,给出物联网密文数据访问中公钥加密算法加密过程。对对称加密算法和公钥加密算法的性能进行对比,将二者结合在一起形成可撤销的混合加密控制算法。将椭圆加密算法和AES加密算法作为对比进行测试,结果表明所提算法效率高,对明文和密钥有较高的敏感性。     

无线环境下的视频加密问题研究

首先分析无线环境下三种典型视频应用的特点,然后按照应用层和网络层两个方面,回顾了当今各种数字视频加密算法的研究成果,首次分析了无线环境下视频内容加密难点并给出相应解决措施,最后展望了未来无线环境下视频内容加密的研究方向.研究表明随着硬件技术的发展,加密计算复杂度不再是主要问题.对于基于非可伸缩编码,无线视频加密需要进一步研究如何优化网络传输性能的问题;对于基于可伸缩编码,需要考虑编码效率和图像质量之间平衡的问题.     

一种面向新型视频编码器的快速算法

为降低多功能视频编码标准(VVC)编码的复杂度,提出一种面向VVC的帧内快速编码算法.首先,根据视频内容的时空域相关性,使用反向传播(BP)神经网络对CU的划分深度进行预测;然后,使用统计概率对CU的划分模式进行选择;最后,编码时跳过不必要的划分模式以节省编码时间.实验结果表明,与原始编码器相比,该算法平均可节省59.82%的编码时间,且在同等编码质量情况下比特率的平均增加值(BDBR)仅为2.05%.     

大规模数值型数据库中敏感数据的加密算法研究

针对大规模数值型数据库中敏感数据的加密,传统算法无法解决当前行、列数据间加密密钥的干扰问题,导致安全性能较差,效率降低。为此,提出一种新的大规模数值型数据库中敏感数据加密算法,对大规模数值型数据库中的数据进行聚类处理,以过滤无价值数据,得到对用户有价值的数值型数据,降低计算量。给出大规模数值型数据库中敏感数据加密原理,进行大规模数值型数据库的元素级加密,使所有字段的密钥均不相同。介绍了一种只在加密和解密的过程中产生密钥的密钥生成方式,依据得到的密钥对大规模数值型数据库中敏感数据进行加密和解密处理,从而实现敏感数据的加密。实验结果表明,采用所提算法对敏感数据进行加密,不仅能够保证安全性,而且有很高的效率和存储性能。     

Chaos-Based Encryption Algorithm for Compressed Video

Encryption for compressed video streams has attracted increasing attention with the exponential growth of digital multimedia delivery and consumption. However, most algorithms proposed in the literature do not effectively address the peculiarities of security and performance requirements. This paper presents a chaos-based encryption algorithm called the chaotic selective encryption of compressed video (CSECV) which exploits the characteristics of the compressed video. The encryption has three separate layers that can be selected according to the security needs of the application and the processing capability of the client computer.The chaotic pseudo-random sequence generator used to generate the key-sequence to randomize the important fields in the compressed video stream has its parameters encrypted by an asymmetric cipher and placed into the stream. The resulting stream is still a valid video stream. CSECV has significant advantages over existing algorithms for security, decryption speed, implementation flexibility, and error preservation.     

一种指纹特征点拓扑结构的加密方法

提出了一种基于拓扑结构的指纹特征点加密算法.该加密算法是在无限平面上随机采用三个不属于任何一个指纹特征且互异的点(三个节点构成一个三角形)作为指纹加密的密钥,将特征点到三个采集点的平面距离作为加密值,同样对其余的指纹特征点计算加密值,直至全部特征点加密完成,最后得到密码指纹.与旧有指纹加密算法相比,该算法优势在于扩大密钥初始值的选择范围,密钥空间增大,使得暴力破解变得更为困难;加密的计算方式简单,算法复杂性低,对大量指纹数据的加密效率有所提升.