一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法技術

本發明專利技術公開了一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其包括H.264/AVC視頻可逆數據隱藏、隱秘信息提取和原始視頻恢復兩部分；其在與H.264/AVC視頻壓縮編碼標準相兼容的前提下選擇4×4子塊中的殘差系數進行擴展或者移位實現可逆數據隱藏，不僅計算復雜度低，能夠滿足實時視頻的應用需求，而且數據隱藏對H.264/AVC視頻碼流的碼率影響很小；其將鄰近的兩個非零的殘差系數配對作為基本的嵌入單元，通過修改二維殘差系數直方圖來對殘差系數配對做擴展或者移位實現隱秘信息的嵌入，出現頻率大的殘差系數對嵌入隱秘信息的比特位數多，在保持較好感知質量的同時，能夠提供高嵌入容量；其能夠保證隱秘信息有效地被提取出，并且在提取隱秘信息后可以完全恢復原始視頻。

【技術實現步驟摘要】
一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法
本專利技術涉及一種可逆數據隱藏技術，尤其是涉及一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法。
技術介紹
因特網的普及和多媒體技術的快速發展，使得數字多媒體的應用達到了前所未有的廣度和深度。人們不僅可以方便地下載和拷貝數字多媒體作品，而且還能憑借功能強大的多媒體工具對原始數據內容加以修改，甚至以所有者的身份進行分發和傳播。如何保證數字媒體不被盜用和非法傳播，如何確定數字媒體內容的真實性和完整性、防止惡意篡改以及如何監控未授權用戶，已經成為亟待解決的熱點問題。信息隱藏是一種隱蔽通信、版權保護和內容完整性認證的有效技術手段。可逆信息隱藏是信息隱藏領域的一個重要分支，其能夠將特定信息嵌入到載體，并允許合法用戶在提取信息后無失真地恢復出原始載體，因而在軍事、遙感、醫學、司法等對內容敏感的領域受到了廣泛關注。鑒于H.264/AVC高效的編碼性能和良好的網絡適應性，是目前應用最普及的視頻編碼標準，而視頻數據隱藏要考慮視頻壓縮編碼的影響，因此，對利用H.264/AVC視頻進行可逆數據隱藏的方法的研究有著特別重要的意義。雖然圖像可逆數據隱藏得到了快速發展，但是如何結合H.264/AVC視頻數據特點實現高效的可逆數據隱藏，國內外的研究也才剛剛開始，可逆數據隱藏和視頻編碼的結合還有很多難點問題有待解決。目前，現有的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法主要是對量化殘差系數采用一維直方圖移位方式進行數據嵌入，這種方法的嵌入容量還有進一步提升的空間。
技術實現思路
本專利技術所要解決的技術問題是提供一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其在與H.264/AVC視頻壓縮編碼標準相兼容的前提下進行可逆數據隱藏，且計算復雜度低、對H.264/AVC視頻碼流的碼率影響很小、嵌入容量高，其能夠保證隱秘信息有效地被提取出，并且在提取隱秘信息后可以完全恢復原始視頻。本專利技術解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其特征在于包括H.264/AVC視頻可逆數據隱藏、隱秘信息提取和原始視頻恢復兩部分；所述的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏的具體過程為：①_1、對H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有的殘差系數；①_2、將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的第m個宏塊定義為當前宏塊，其中，1≤m≤M，M表示H.264/AVC視頻中包含的預測模式為Intra_4×4預測模式的宏塊的總個數；①_3、將當前宏塊中的第n個4×4子塊定義為當前子塊，其中，1≤n≤N，N表示當前宏塊中包含的4×4子塊的總個數；①_4、按照Zig-Zag順序掃描當前子塊中的所有的殘差系數，同時按0,1,…,15的順序對當前子塊中的所有的殘差系數進行編號；然后確定當前子塊對應的隱秘信息嵌入區域，記為Rm,n，Rm,n＝[Tm,n,1,Tm,n,2]，其中，符號“[]”為區間表示符號，Tm,n,1和Tm,n,2均表示當前子塊中的殘差系數的編號，Tm,n,1和Tm,n,2的取值范圍3≤Tm,n,1<Tm,n,2≤15；①_5、從當前子塊中的所有的殘差系數中提取出編號屬于Rm,n的所有的殘差系數，并構成一個殘差系數子集；然后對當前子塊對應的殘差系數子集中的殘差系數進行兩兩組合配對，具體為：當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為偶數時，按序將該殘差系數子集中非零的殘差系數兩兩組合配對；當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為奇數時，除該殘差系數子集中的第1個非零的殘差系數外按序將剩余的非零的殘差系數兩兩組合配對；并將任一個配對記為其中，表示中的前一個殘差系數，表示中的后一個殘差系數；①_6、對當前子塊對應的殘差系數子集中前后兩個殘差系數均大于或等于2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對和均進行加1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前一個殘差系數小于或等于-2且后一個殘差系數大于或等于2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對進行減1移位，對進行加1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前一個殘差系數大于或等于2且后一個殘差系數小于或等于-2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對進行加1移位，對均進行減1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前后兩個殘差系數均小于或等于-2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對和均進行減1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為①_7、令n＝n+1，將當前宏塊中的下一個4×4子塊作為當前子塊，然后返回步驟①_4繼續執行，直至當前宏塊中的所有4×4子塊處理完畢；其中，n＝n+1中的“＝”為賦值符號；①_8、令m＝m+1，將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的下一個宏塊作為當前宏塊，然后返回步驟①_3繼續執行，直至H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的所有宏塊處理完畢；其中，m＝m+1中的“＝”為賦值符號；①_9、將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊對應的隱秘信息嵌入區域的兩個端點，發送到隱秘信息提取和原始視頻恢復端；所述的隱秘信息提取和原始視頻恢復的具體過程為：②_1、對含隱秘信息的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到含隱秘信息的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有的殘差系數；②_2、將含隱秘信息的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的第m個宏塊定義為當前宏塊，其中，1≤m≤M，M亦表示含隱秘信息的H.264/AVC視頻中包含的預測模式為Intra_4×4預測模式的宏塊的總個數；②_3、將當前宏塊中的第n個4×4子塊定義為當前子塊，其中，1≤n≤N，N亦表示當前宏塊中包含的4×4子塊的總個數；②_4、按照Zig-Zag順序掃描當前子塊中的所有的殘差系數，同時按0,1,…,15的順序對當前子塊中的所有的殘差系數進行編號；然后確定當前子塊對應的隱秘信息提取區域，記為R'm,n，R'm,本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其特征在于包括H.264/AVC視頻可逆數據隱藏、隱秘信息提取和原始視頻恢復兩部分；所述的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏的具體過程為：①_1、對H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有的殘差系數；①_2、將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的第m個宏塊定義為當前宏塊，其中，1≤m≤M，M表示H.264/AVC視頻中包含的預測模式為Intra_4×4預測模式的宏塊的總個數；①_3、將當前宏塊中的第n個4×4子塊定義為當前子塊，其中，1≤n≤N，N表示當前宏塊中包含的4×4子塊的總個數；①_4、按照Zig?Zag順序掃描當前子塊中的所有的殘差系數，同時按0,1,…,15的順序對當前子塊中的所有的殘差系數進行編號；然后確定當前子塊對應的隱秘信息嵌入區域，記為R

【技術特征摘要】
1.一種H.264/AVC視頻可逆數據隱藏方法，其特征在于包括H.264/AVC視頻可逆數據隱藏、隱秘信息提取和原始視頻恢復兩部分；所述的H.264/AVC視頻可逆數據隱藏的具體過程為：①_1、對H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有的殘差系數；①_2、將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的第m個宏塊定義為當前宏塊，其中，1≤m≤M，M表示H.264/AVC視頻中包含的預測模式為Intra_4×4預測模式的宏塊的總個數；①_3、將當前宏塊中的第n個4×4子塊定義為當前子塊，其中，1≤n≤N，N表示當前宏塊中包含的4×4子塊的總個數；①_4、按照Zig-Zag順序掃描當前子塊中的所有的殘差系數，同時按0,1,…,15的順序對當前子塊中的所有的殘差系數進行編號；然后確定當前子塊對應的隱秘信息嵌入區域，記為Rm,n，Rm,n＝[Tm,n,1,Tm,n,2]，其中，符號“[]”為區間表示符號，Tm,n,1和Tm,n,2均表示當前子塊中的殘差系數的編號，Tm,n,1和Tm,n,2的取值范圍3≤Tm,n,1<Tm,n,2≤15；①_5、從當前子塊中的所有的殘差系數中提取出編號屬于Rm,n的所有的殘差系數，并構成一個殘差系數子集；然后對當前子塊對應的殘差系數子集中的殘差系數進行兩兩組合配對，具體為：當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為偶數時，按序將該殘差系數子集中非零的殘差系數兩兩組合配對；當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為奇數時，除該殘差系數子集中的第1個非零的殘差系數外按序將剩余的非零的殘差系數兩兩組合配對；并將任一個配對記為其中，表示中的前一個殘差系數，表示中的后一個殘差系數；①_6、對當前子塊對應的殘差系數子集中前后兩個殘差系數均大于或等于2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對和均進行加1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前一個殘差系數小于或等于-2且后一個殘差系數大于或等于2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對進行減1移位，對進行加1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前一個殘差系數大于或等于2且后一個殘差系數小于或等于-2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對進行加1移位，對均進行減1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為對當前子塊對應的殘差系數子集中前后兩個殘差系數均小于或等于-2的每個配對進行移位以空出隱秘信息嵌入空間，對于如果且則對和均進行減1移位；然后在移位的基礎上在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中嵌入隱秘信息，對于如果且或且則在中嵌入2個比特隱秘信息00或01或10或11；如果且或且則在中嵌入1個比特隱秘信息0或1，將嵌入隱秘信息后的配對記為①_7、令n＝n+1，將當前宏塊中的下一個4×4子塊作為當前子塊，然后返回步驟①_4繼續執行，直至當前宏塊中的所有4×4子塊處理完畢；其中，n＝n+1中的“＝”為賦值符號；①_8、令m＝m+1，將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的下一個宏塊作為當前宏塊，然后返回步驟①_3繼續執行，直至H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的所有宏塊處理完畢；其中，m＝m+1中的“＝”為賦值符號；①_9、將H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊對應的隱秘信息嵌入區域的兩個端點，發送到隱秘信息提取和原始視頻恢復端；所述的隱秘信息提取和原始視頻恢復的具體過程為：②_1、對含隱秘信息的H.264/AVC視頻的碼流進行熵解碼，解碼得到含隱秘信息的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的每個宏塊中的每個4×4子塊中的所有的殘差系數；②_2、將含隱秘信息的H.264/AVC視頻中預測模式為Intra_4×4預測模式的第m個宏塊定義為當前宏塊，其中，1≤m≤M，M亦表示含隱秘信息的H.264/AVC視頻中包含的預測模式為Intra_4×4預測模式的宏塊的總個數；②_3、將當前宏塊中的第n個4×4子塊定義為當前子塊，其中，1≤n≤N，N亦表示當前宏塊中包含的4×4子塊的總個數；②_4、按照Zig-Zag順序掃描當前子塊中的所有的殘差系數，同時按0,1,…,15的順序對當前子塊中的所有的殘差系數進行編號；然后確定當前子塊對應的隱秘信息提取區域，記為R'm,n，R'm,n＝[T'm,n,1,T'm,n,2]，其中，T'm,n,1和T'm,n,2均表示當前子塊中的殘差系數的編號，T'm,n,1＝Tm,n,1，T'm,n,2＝Tm,n,2；②_5、從當前子塊中的所有的殘差系數中提取出編號屬于R'm,n的所有的殘差系數，并構成一個殘差系數子集；然后對當前子塊對應的殘差系數子集中的殘差系數進行兩兩組合配對，具體為：當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為偶數時，按序將該殘差系數子集中非零的殘差系數兩兩組合配對；當該殘差系數子集中非零的殘差系數的總個數為奇數時，除該殘差系數子集中的第1個非零的殘差系數外按序將剩余的非零的殘差系數兩兩組合配對；并將任一個配對記為其中，表示中的前一個殘差系數，表示中的后一個殘差系數；②_6、在當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對中提取出隱秘信息，對于若或或則從中提取出2個比特隱秘信息00；若或或則從中提取出2個比特隱秘信息01；若或或則從中提取出2個比特隱秘信息10；若或或則從中提取出2個比特隱秘信息11；若或或或則從中提取出1個比特隱秘信息0；若或或或則從中提取出1個比特隱秘信息1；其中，符號“||”為取絕對值符號，為大于2的整數，為大于2的整數，為小于-2的整數，為大于2的整數；②_7、對當前子塊對應的殘差系數子集中的每個配對進行原始數據恢復，對于將經原始數據恢復后得到的配對記為若或或或則令且若或或或則令且若或或或則令且若或則令且若或則令且若或則令且若或則令且若且則令且其中，sign()為取符號函數，②_8、令n＝n+1，將當前宏塊中的下一個4×4子塊作為當前子塊，然后返回步驟②_4繼續執行，直至當前宏塊中的所有4×4子塊處理完畢；其中，n＝n+1中的“＝”為賦值符號；②_9...

【專利技術屬性】
技術研發人員：徐達文，
申請(專利權)人：寧波工程學院，
類型：發明
國別省市：浙江,33