[發明專利]基于宏塊劃分方式擾動的視頻隱寫方法

有效

• 申請號: 201410233838.5
• 申請日: 2014-05-29
• 公開（公告）號: CN104010193B
• 公開（公告）日: 2017-02-22
• 發明（設計）人: 張弘;曹紜;趙險峰;于海波
• 申請（專利權）人: 中國科學院信息工程研究所
• 主分類號: H04N19/46
• 分類號: H04N19/46;H04N19/176
• 代理公司: 北京君尚知識產權代理事務所(普通合伙)11200
• 代理人: 余長江

技術領域

本發明屬于信息安全領域，涉及H.264/AVC視頻編碼標準下一種基于宏塊劃分方式擾動的視頻隱寫方法以及該方法在隱蔽通信中的應用。

背景技術

信息安全領域中的信息隱藏技術由隱寫和隱寫分析兩部分組成，前者主要研究如何將秘密信息嵌入圖像、音頻、視頻等載體以達到隱蔽通信的目的，而后者則采用機器學習、模式識別等方法以區分普通載體和經過隱寫的文件。

一般地，在設計隱寫算法時，需要綜合考慮以下幾個方面因素：

1)不可感知性：要求隱寫前后的載體對于人體感官而言是不可區分的，即無法僅憑借人類的聽覺和視覺來判斷載體是否經過隱寫；

2)魯棒性：要求隱寫文件即使受到一定的擾動，例如有損壓縮或傳輸過程中的噪聲干擾等，也應該能恢復其中的秘密信息；

3)嵌入容量：要求在保證不可感知性和一定程度魯棒性的前提下，應該盡可能多地向載體中嵌入秘密信息；

4)嵌入效率：要求在嵌入信息量一定的前提下，應該盡可能降低對載體的修改程度；

5)安全性：要求即使擁有對該隱寫算法的先驗知識，現有的隱寫分析方法也無法以足夠高的正確率區分普通載體和經過該算法隱寫的文件。

經過專家學者們的多年研究，圖像隱寫得到了長足的進步和發展，出現了諸如F5、HUGO等許多經典隱寫算法。然而，伴隨著互聯網技術的日新月異以及視頻編碼標準的推陳出新，視頻已經成為當前流行程度最高并且無可替代的傳播媒介，其相對于圖像的優勢在于，應用場景更加豐富，傳遞的信息量更大。因此，視頻正逐步取代圖像，成為隱寫中更加適合的載體。

相比圖像隱寫，視頻隱寫尚且處于比較初級的階段，它一般可以分為以下兩大類：

1)空域視頻隱寫：即直接修改視頻幀的原始像素值以嵌入秘密信息；

2)壓縮域視頻隱寫：即在視頻的編碼過程中融入隱寫算法機制，將壓縮編碼和隱寫嵌入同時進行。

莫斯科大學開發的著名視頻隱寫軟件MSU?Stego?Video采用的是空域視頻隱寫算法。由于視頻原始幀需要經過有損壓縮并且在傳輸過程中存在噪聲干擾，因此，空域視頻隱寫算法常常采用差錯控制編碼技術以及重復嵌入的手段，以保證接收端能夠正確恢復出其中的秘密信息。

壓縮域視頻隱寫算法按照秘密信息嵌入域的不同，可以分為以下幾類：

1)基于運動向量的視頻隱寫算法：其基本思想是輕微修改視頻編碼過程中運動估計環節所產生的運動向量以嵌入秘密信息。例如：有學者提出首先選取長度大于預設閾值的運動向量，再根據該運動向量的角度范圍選擇其水平分量或者垂直分量進行修改。

2)基于幀內預測模式的視頻隱寫算法：該類算法一般基于H.264/AVC視頻編碼標準，即通過修改I幀中宏塊的幀內預測模式以嵌入秘密信息。例如：有學者提出首先設定某種映射規則將“4x4幀內預測”中的9種預測模式映射到二進制數0或1，在此映射規則下，再根據秘密信息并結合矩陣編碼，對I幀中宏塊的幀內預測模式進行修改。

3)基于變換系數的視頻隱寫算法：該類算法直接修改視頻編碼過程中量化后的變換系數以嵌入信息。例如：在H.264/AVC視頻編碼標準下，有學者提出，首先在I幀中確定某個按照“4x4幀內預測”編碼的塊，再根據其臨塊的預測模式，選擇該塊中的一對DCT量化系數進行修改以避免出現差錯傳遞的現象。

4)基于熵編碼的視頻隱寫算法：其基本思想是修改視頻編碼過程中的熵編碼結果以嵌入秘密信息；

5)基于宏塊劃分方式的視頻隱寫算法：該類算法一般基于H.264/AVC視頻編碼標準，即通過修改宏塊的劃分方式以嵌入秘密信息。例如：有學者提出，首先對宏塊所有可能的劃分方式進行編碼，然后根據秘密信息比特流所代表的碼字對宏塊劃分方式進行相應的修改。

空域視頻隱寫算法的優點是魯棒性比較強，即使受到一定程度的干擾也能恢復其中的秘密信息；缺點是算法種類比較少，并且由于秘密信息一般需要重復嵌入，因此嵌入容量有限。

壓縮域視頻隱寫算法的優點是嵌入域選擇性多，算法種類豐富，缺點如下：

1)魯棒性一般不如空域視頻隱寫算法；

2)嵌入域中可供修改的部分較為有限導致嵌入容量往往不如空域視頻隱寫算法；

3)隱寫前后載體受到的擾動大，嵌入效率低；

4)安全性低，基本上都有針對性的隱寫分析方法。

發明內容