[發明專利]一種加密域H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法

有效

• 申請號: 201410063149.4
• 申請日: 2014-02-25
• 公開（公告）號: CN103826128B
• 公開（公告）日: 2017-01-25
• 發明（設計）人: 徐達文
• 申請（專利權）人: 寧波工程學院
• 主分類號: H04N19/467
• 分類號: H04N19/467;H04N19/42;H04N19/50
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙)33226
• 代理人: 周玨

1.一種加密域H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其特征在于包括H.264/AVC視頻加密、加密域的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏以及隱秘數據提取三部分；

所述的H.264/AVC視頻加密的處理過程為：對于原始的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的所有宏塊，利用第一密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中模式標志位為0的4×4子塊的預測模式的碼字的最后3位比特進行比特異或加密，完成每個宏塊的預測模式的加密，并利用第四密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中的每個4×4子塊中的每個非零殘差系數的符號位進行比特異或加密，完成每個4×4子塊的殘差系數的加密；對于原始的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_16×16預測模式的所有宏塊，利用第二密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊的預測模式的碼字的最后1位比特進行比特異或加密，完成每個宏塊的預測模式的加密，并利用第四密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中的每個非零殘差系數的符號位進行比特異或加密，完成每個宏塊的殘差系數的加密；對于原始的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_chroma預測模式的所有宏塊，對每個宏塊的預測模式不加密，而利用第四密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中的每個非零殘差系數的符號位進行比特異或加密，完成每個宏塊的殘差系數的加密；對于原始的H.264/AVC視頻中預測模式為幀間預測模式且運動矢量差分不為0的所有宏塊，利用第三密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊的運動矢量差分的指數哥倫布碼字的最后1位比特進行比特異或加密，完成每個宏塊的運動矢量差分的加密，并利用第四密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中的每個非零殘差系數的符號位進行比特異或加密，完成每個宏塊的殘差系數的加密；對于原始的H.264/AVC視頻中預測模式為幀間預測模式且運動矢量差分為0的所有宏塊，對每個宏塊的運動矢量差分不加密，而利用第四密鑰生成的二值偽隨機序列對每個宏塊中的每個非零殘差系數的符號位進行比特異或加密，完成每個宏塊的殘差系數的加密；通過上述加密得到加密域的H.264/AVC視頻；

所述的加密域的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏的具體過程為：

②-1、對加密域的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有加密的非零殘差系數；

②-2、確定隱秘信息嵌入區域，記為Z，Z=[T_n-β,T_n]∪[T_p,T_p+β]，其中，在此“[]”為區間表示符號，“∪”為并集運算符號，T_n=-1，T_p=1，β為正整數調節因子；

②-3、針對步驟②-1中得到的所有加密的非零殘差系數，對值大于T_p+β的所有加密的非零殘差系數與值小于T_n-β的所有加密的非零殘差系數進行預處理，如果步驟②-1中得到的所有加密的非零殘差系數中的第i個加密的非零殘差系數f(i)大于T_p+β，則令f(i)=f(i)+(β+1)，如果步驟②-1中得到的所有加密的非零殘差系數中的第i個加密的非零殘差系數f(i)小于T_n-β，則令f(i)=f(i)-(β+1)；對值大于T_n且小于T_p的所有加密的非零殘差系數不進行預處理；對值屬于Z的所有加密的非零殘差系數不進行預處理；其中，1≤i≤I，I表示步驟②-1中得到的加密的非零殘差系數的總個數，f(i)=f(i)+(β+1)和f(i)=f(i)-(β+1)中的“=”為賦值符號；

②-4、在步驟②-3的基礎上，對值大于T_p+β的所有加密的非零殘差系數、值小于T_n-β的所有加密的非零殘差系數、值大于T_n且小于T_p的所有加密的非零殘差系數不進行隱秘信息嵌入操作；對值屬于Z的所有加密的非零殘差系數，根據待嵌入的隱秘信息進行修改以完成隱秘信息嵌入操作，完成加密域的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏，得到含隱秘信息的加密域的H.264/AVC視頻，如果經步驟②-3處理后的所有加密的非零殘差系數中的第i個加密的非零殘差系數f(i)屬于區間[T_n-β,T_n]，則當待嵌入的隱秘信息比特為0時，令f(i)=f(i)-(T_n-f(i))，當待嵌入的隱秘信息比特為1時，令f(i)=f(i)-(T_n-f(i))-1；如果經步驟②-3處理后的所有加密的非零殘差系數中的第i個加密的非零殘差系數f(i)屬于區間[T_p,T_p+β]，則當待嵌入的隱秘信息比特為0時，令f(i)=f(i)+(f(i)-T_p)，當待嵌入的隱秘信息比特為1時，令f(i)=f(i)+(f(i)-T_p)+1，其中，f(i)=f(i)-(T_n-f(i))、f(i)=f(i)-(T_n-f(i))-1、f(i)=f(i)+(f(i)-T_p)和f(i)=f(i)+(f(i)-T_p)+1中的“=”為賦值符號；

所述的隱秘數據提取在加密域完成或在解密域完成，在加密域完成隱秘數據提取的具體過程為：

③-1a、在加密域，對含隱秘信息的加密域的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有加密的非零殘差系數；

③-1b、確定隱秘信息提取區域，記為Z'，Z'=Z_n∪Z_p，Z_n=[T_n-2β-1,T_n],Z_p=[T_p,T_p+2β+1]，其中，“∪”為并集運算符號，在此“[]”為區間表示符號，T_n=-1，T_p=1，β為正整數調節因子；

③-1c、針對步驟③-1a中得到的所有加密的非零殘差系數，對值大于T_p+2β+1的所有加密的非零殘差系數、值小于T_n-2β-1的所有加密的非零殘差系數、值大于T_n且小于T_p的所有加密的非零殘差系數不進行隱秘信息提取操作；對值屬于Z'的所有加密的非零殘差系數進行隱秘信息提取操作，提取得到隱秘信息，如果步驟③-1a中得到的所有加密的非零殘差系數中的第i'個加密的非零殘差系數f'(i')屬于Z_n，則當mod(T_n-f'(i'),2)等于0時，提取得到的隱秘信息比特為0，當mod(T_n-f'(i'),2)等于1時，提取得到的隱秘信息比特為1；如果步驟③-1a中得到的所有加密的非零殘差系數中的第i'個加密的非零殘差系數f'(i')屬于Z_p，則當mod(f'(i')-T_p,2)等于0時，提取得到的隱秘信息比特為0，當mod(f'(i')-T_p,2)等于1時，提取得到的隱秘信息比特為1；其中，1≤i'≤I'，在此I'表示步驟③-1a中得到的加密的非零殘差系數的總個數，mod()為求余數函數；

在解密域完成隱秘數據提取的具體過程為：

③-2a、對含隱秘信息的加密域的H.264/AVC視頻的碼流進行解析，識別含隱秘信息的加密域的H.264/AVC視頻的碼流中加密的預測模式的碼字和加密的運動矢量差分的指數哥倫布碼字，并對含隱秘信息的加密域的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到加密的非零殘差系數的符號位，對加密的預測模式的碼字、加密的運動矢量差分的指數哥倫布碼字和加密的非零殘差系數的符號位進行解密，再對解密后的非零殘差系數進行熵編碼，得到解密后的含隱秘信息的H.264/AVC視頻的碼流；

③-2b、在解密域，對解密后的含隱秘信息的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有解密的非零殘差系數；

③-2c、確定隱秘信息提取區域，記為Z'，Z'=Z_n∪Z_p，Z_n=[T_n-2β-1,T_n],Z_p=[T_p,T_p+2β+1]，其中，“∪”為并集運算符號，在此“[]”為區間表示符號，T_n=-1，T_p=1，β為正整數調節因子；

③-2d、針對步驟③-2b中得到的所有解密的非零殘差系數，對值大于T_p+2β+1的所有解密的非零殘差系數、值小于T_n-2β-1的所有解密的非零殘差系數、值大于T_n且小于T_p的所有解密的非零殘差系數不進行隱秘信息提取操作；對值屬于Z'的所有解密的非零殘差系數進行隱秘信息提取操作，提取得到隱秘信息，如果步驟③-2b中得到的所有解密的非零殘差系數中的第i'個解密的非零殘差系數f″(i')屬于Z_n，則當mod(T_n-f″(i'),2)等于0時，提取得到的隱秘信息比特為0，當mod(T_n-f″(i'),2)等于1時，提取得到的隱秘信息比特為1；如果步驟③-2b中得到的所有解密的非零殘差系數中的第i'個解密的非零殘差系數f″(i')屬于Z_p，則當mod(f″(i')-T_p,2)等于0時，提取得到的隱秘信息比特為0，當mod(f″(i')-T_p,2)等于1時，提取得到的隱秘信息比特為1；其中，1≤i'≤I'，在此I'表示步驟③-2b中得到的解密的非零殘差系數的總個數，mod()為求余數函數。