[發明專利]一種基于失真漂移的視頻隱寫方法

有效

• 申請號: 202011453571.2
• 申請日: 2020-12-12
• 公開（公告）號: CN112565779B
• 公開（公告）日: 2021-10-29
• 發明（設計）人: 王宏霞;陳意
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: H04N19/467
• 分類號: H04N19/467;H04N19/13;H04N19/154;H04N19/52
• 代理公司: 成都盈信專利代理事務所(普通合伙) 51245
• 代理人: 張澎

1.一種基于失真漂移的視頻隱寫方法，在編碼端和解碼端之間隱蔽傳輸秘密信息；所述編碼端具有配置同樣參數的H.264編碼器，即編碼器A和編碼器B，編碼器A用于編碼視頻獲取載體元素和計算嵌入失真代價所需的編碼參數，編碼器B用于更新載體元素；從隱寫修改導致的失真漂移的角度計算嵌入失真代價，并完成編碼器B的更新；解碼端具有用于獲取載體元素以提取傳輸信息的解碼器；其運行采用如下的方法：

步驟1：在編碼端，編碼器A利用H.264編碼器去編碼一個原始視頻，獲取其量化系數集R和編碼參數：重構像素集P，解碼預測殘差集E，I幀編碼周期period，幀播放順序d，預測方式M，幀間預測方向SP和隱寫殘差S；編碼參數通過載體嵌入失真代價計算步驟，為量化系數集R獲得嵌入失真代價集ρ_R；

步驟2：從R中選取所有的非零量化DCT AC系數作為原始載體元素集K，并在ρ_R中選取對應K的嵌入失真代價集ρ；采用STC(Syndrome-Trellis Codes)嵌入算法將私傳加載的秘密信息Q嵌入原始載體元素集K，從而獲得載密載體元素集Y；

步驟3：在編碼端，編碼器B采用與步驟1設置同樣參數的H.264編碼器去編碼步驟1使用的原始視頻；在熵解碼前，采用步驟2所獲載密載體元素集Y去更新對應的非零量化DCT AC系數而獲得載密視頻流J；

步驟4：在解碼端，接收到載密視頻流J后經熵解碼獲取載密載體元素集Y；通過STC提取算法提取出傳輸的秘密信息Q；

所述載體嵌入失真代價的計算，計算視頻幀內幀間預測將隱寫修改失真傳播到被預測像素的失真代價，包括：

步驟A：計算塊內嵌入失真代價η；

步驟B：計算塊間嵌入失真代價φ；

步驟C：計算幀間嵌入失真代價

步驟D：根據步驟A-C計算的嵌入失真代價，結合幀播放順序的影響計算最終的嵌入失真代價ρ。

2.根據權利要求1所述的基于失真漂移的視頻隱寫方法，其特征在于，所述載體嵌入失真代價計算采用如下的具體方法，以4×4塊來描述：

(1)塊內失真代價的計算，根據以下公式計算塊內失真代價η：

其中“|.|”表示絕對值函數；η^-(R_m,n)和η⁺(R_m,n)為修改位置(m,n)(0≤m,n≤3)的量化系數R_m,n∈R的塊內失真代價，修改方式*∈{+，-}＝{+1，-1}；E_i,j∈E是4×4塊中位置(i,j)(0≤i,j≤3)的解碼預測殘差；P_i,j∈P是4×4塊中位置(i,j)的重構像素值，是4×4塊中位置(i,j)的隱寫殘差；

(2)塊間失真代價的計算，當4×4塊被用作幀內預測M的參考塊時，根據以下公式計算塊間失真代價φ：

其中，φ^-(R_m,n)和φ⁺(R_m,n)為修改位置(m,n)(0≤m,n≤3)的量化系數R_m,n的塊間失真代價；V是4×4塊中幀內預測模式M的參考像素集，U是4×4塊中幀內預測模式M的被預測像素集；E_k∈E是4×4塊中參考像素k對應的解碼預測殘差；P_h∈P是4×4塊被預測像素h對應的重構像素，是4×4塊中參考像素k對應的隱寫殘差；

(3)幀間失真代價的計算，當4×4塊被用作幀間預測M的參考塊時，根據以下公式計算幀間失真代價

其中，和為修改4×4塊中位置(m,n)的量化系數R_m,n的幀間失真代價；H是幀間預測模式M中以4×4塊位置(m,n)的像素為參考像素的被預測像素的集合；E_m,n∈E是4×4塊中位置(m,n)的解碼預測殘差；P_h∈P是4×4塊被預測像素h對應的重構像素，是4×4塊中被預測像素h的參考像素對應的隱寫殘差；此外，g(h,SP)的計算方式為：

(4)最終失真代價的計算，根據以下公式計算最終失真代價ρ：

其中，α，β和γ是三個權重因子，并且它們有關系α+β+γ＝1；此外，函數ψ(d)被利用來反映幀播放順序對隱寫修改代價的影響，

其中，period是I幀的周期，d是幀播放順序，mod(x,y)是求y對x的余數；在本算法中所有的非零量化DCT AC系數都被用來承載秘密信息，且非零量化DCT AC系數不能被修改為0，也就是說這類非零載體被修改為0的修改代價為無窮大。