一種hevc視頻的信息隱藏方法
【專利摘要】本發明公開了一種HEVC視頻的信息隱藏方法，其包括隱秘信息嵌入和隱秘信息提取兩部分，在隱秘信息嵌入部分中通過分析HEVC編解碼結構，針對尺寸大小為4×4的預測單元，在幀內預測編碼過程中調制預測模式，利用拉格朗日率失真模型自適應的選取幀內編碼模式以決定是否嵌入隱秘信息；并通過建立待嵌入的兩比特信息與預測模式的角度差區間的對應關系，根據待嵌入的兩比特信息修改預測模式完成信息嵌入，連續的兩個尺寸大小為4×4的預測單元大部分情況下只需修改一個預測單元的預測模式，在隱藏容量相同的情況下減少了修改位數，降低了因嵌入隱秘信息造成視頻質量下降的影響，很好地保證了視頻的主客觀質量，大大降低了嵌入隱秘信息對視頻碼流的影響。
【專利說明】-種HEVC視頻的信息隱藏方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種信息隱藏技術，尤其是涉及一種HEVC(High Efficiency Video Coding)視頻的信息隱藏方法。
【背景技術】
[0002] 隨著多媒體的廣泛應用和網絡技術的快速發展，數字化信息的應用與傳播已成為 人們生活不可或缺的組成部分。同時，數字化信息被仿造、篡改和攻擊的現象日益嚴重，信 息安全問題變得越來越突出。信息隱藏技術有助于遏制數字化多媒體的非法使用，目前，信 息隱藏技術已成為信息安全領域的研究熱點。
[0003] HEVC是由國際電信組織和移動視頻專家組制定的新一代視頻壓縮編碼標準，是繼 H. 264/AVC之后的高性能視頻編碼標準，其核心目標是在H. 264/AVC的基礎上，壓縮效率提 高一倍。HEVC高效的壓縮性能和并行化處理能力，使得其在高清、超高清等視頻應用領域發 揮著重要作用。
[0004] 目前，針對H. 264/AVC視頻的信息隱藏算法的研究比較成熟，如基于修改DCT系 數、調制運動矢量信息和調制預測模式的隱藏方案等。基于調制預測模式的隱藏方案研究 中，Hu等人通過調制幀內預測模式，根據幀內的4X4亮度塊的預測模式和隱秘信息的映射 關系完成嵌入，這種信息隱藏方法由于映射關系是根據對多個視頻測試序列的統計結果建 立的，而不同的視頻測試序列可能存在差異性，因此這種信息隱藏方法不具有普遍適用性； Yang等人引入矩陣編碼，建立隱秘信息和預測模式的映射關系，在三個幀內的4X4亮度塊 中嵌入兩比特隱秘信息，只需修改一位預測模式，這種信息隱藏方法雖然減少了預測模式 修改的位數，但是信息嵌入率不高，隱藏容量低下。而目前針對HEVC視頻的信息隱藏算法 還未見具體報道，且由于HEVC在編碼結構上與H. 264/AVC存在差異性，因此針對H. 264/AVC 視頻的信息隱藏算法并不能直接應用于HEVC視頻上。
【發明內容】
[0005] 本發明所要解決的技術問題是提供一種HEVC視頻的信息隱藏方法，其能夠很好 地保證視頻的主客觀質量，對視頻碼流的影響很小。
[0006] 本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為：一種HEVC視頻的信息隱藏方法， 包括隱秘信息嵌入和隱秘信息提取兩部分，其特征在于所述的隱秘信息嵌入部分具體包括 以下步驟：
[0007] ①-1、在隱秘信息嵌入端，將待嵌入隱秘信息的原始的HEVC視頻中當前待編碼的 幀定義為當前編碼幀；
[0008] ①-2、判斷當前編碼幀是否為I幀，如果是，則將當前編碼幀中當前正在處理的第 i個預測單元定義為當前預測單元，然后執行步驟①-3 ;否則，對當前編碼幀不處理，然后 執行步驟①-11 ;其中，1 < i < I，i的初始值為1，I表示當前編碼幀中包含的預測單元的 總個數；
[0009] ①-3、判斷當前預測單元的尺寸大小是否為4X4,如果是，則執行步驟①-4;否 貝1J，對當前預測單元不處理，然后令i = i+Ι，再執行步驟①-10 ;其中，i = i+Ι中的"="為 賦值符號；
[0010] ①_4、將以當前預測單元為開始的四個連續的尺寸大小為4X4的預測單元作為 一個預測單元組合，然后按序將預測單元組合中的前兩個預測單元分為第一組，將預測單 元組合中的后兩個預測單元分為第二組；接著將預測單元組合中的第一組定義為當前組；
[0011] ①_5、取出待嵌入的隱秘信息中的第p比特信息和第p+1比特信息作為當前待 嵌入的兩比特信息，其中，1彡P彡P-l，P的初始值為1，P表示隱秘信息的總長度；對當 前組中的兩個預測單元進行幀內預測編碼，在幀內預測編碼過程中確定當前組中的每個 預測單元的預測模式，如果當前組中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識在區間 [2, 34]內，則將當前組中的兩個預測單元各自的預測模式映射成角度值，對應記為Di和
【權利要求】
1. 一種HEVC視頻的信息隱藏方法，包括隱秘信息嵌入和隱秘信息提取兩部分，其特征 在于所述的隱秘信息嵌入部分具體包括以下步驟： ①-1、在隱秘信息嵌入端，將待嵌入隱秘信息的原始的HEVC視頻中當前待編碼的幀定 義為當前編碼幀； ①-2、判斷當前編碼幀是否為I幀，如果是，則將當前編碼幀中當前正在處理的第i個 預測單元定義為當前預測單元，然后執行步驟①-3 ;否則，對當前編碼幀不處理，然后執行 步驟①-11 ;其中，1 < i < I，i的初始值為1，I表示當前編碼幀中包含的預測單元的總個 數； ①-3、判斷當前預測單元的尺寸大小是否為4X4,如果是，則執行步驟①-4;否則，對 當前預測單元不處理，然后令i = i+Ι，再執行步驟①-10 ;其中，i = i+Ι中的"="為賦值 符號； ①-4、將以當前預測單元為開始的四個連續的尺寸大小為4X4的預測單元作為一個 預測單元組合，然后按序將預測單元組合中的前兩個預測單元分為第一組，將預測單元組 合中的后兩個預測單元分為第二組；接著將預測單元組合中的第一組定義為當前組； ①-5、取出待嵌入的隱秘信息中的第p比特信息和第p+1比特信息作為當前待嵌 入的兩比特信息，其中，1彡P彡P-l，P的初始值為1，P表示隱秘信息的總長度；對當 前組中的兩個預測單元進行幀內預測編碼，在幀內預測編碼過程中確定當前組中的每個 預測單元的預測模式，如果當前組中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識在區間 [2, 34]內，則將當前組中的兩個預測單元各自的預測模式映射成角度值，對應記為01和 D2
然后計算〇1和仏的角度值絕對差值，記 為D，D= |Di-D2|，再執行步驟①-6,其中，&表示當前組中的第一個預測單元的預測模 式的數字標識，1^2表示當前組中的第二個預測單元的預測模式的數字標識，& e [2, 34]， k2 e [2, 34]，符號" I I "為取絕對值符號； 如果當前組中的一個預測單元的預測模式的數字標識在區間[2, 34]內，而另一個預 測單元的預測模式的數字標識為0或1，則對當前組中的兩個預測單元各自的預測模式不 進行修改，當前組中的兩個預測單元沒有嵌入隱秘信息，然后執行步驟①-8 ; 如果當前組中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識為〇或1，則直接執行步驟 ①; ①-6、建立當前待嵌入的兩比特信息與角度差區間的對應關系，然后根據當前待嵌入 的兩比特信息與角度差區間的對應關系，確定是否修改當前組中的兩個預測單元的預測模 式，具體過程為：如果D屬于當前待嵌入的兩比特信息對應的任一個角度差區間，則對當前 組中的兩個預測單元各自的預測模式不進行修改，當前組中的兩個預測單元已嵌入隱秘信 息，然后令P = P+2,再執行步驟①_8,其中，p = p+2中的"="為賦值符號； 如果D不屬于當前待嵌入的兩比特信息對應的任一個角度差區間，則保持當前組中的 其中一個預測單元的預測模式不變，修改當前組中的另一個預測單元的預測模式，假設保 持不變的預測模式映射成的角度值為Dx，則搜索所有滿足以下條件的角度值：假設搜索得 到的角度值為D y，則要求|DX-Dy|屬于當前待嵌入的兩比特信息對應的任一個角度差區間， 然后將搜索得到的所有角度值分別映射成預測模式，接著計算采用這些映射成的預測模式 時當前組中的另一個預測單元的率失真代價，再將率失真代價最小的預測模式作為當前組 中的另一個預測單元的預測模式，完成了預測模式的修改，當前組中的兩個預測單元已嵌 入隱秘信息，最后對當前組中的另一個預測單元用修改的預測模式重新進行幀內預測編 碼，再令P = P+2,之后執行步驟①-8,其中，p = p+2中的"="為賦值符號； ①-7、根據當前待嵌入的兩比特信息，修改當前組中的兩個預測單元各自的預測模式， 對于當前組中的第1個預測單元，如果當前待嵌入的兩比特信息的第一位信息為〇,則當當 前組中的第1個預測單元的預測模式的數字標識為0時，對當前組中的第1個預測單元的 預測模式不進行修改，當當前組中的第1個預測單元的預測模式的數字標識為1時，對當前 組中的第1個預測單元的預測模式進行修改，使其數字標識為〇,然后采用修改后的預測模 式對當前組中的第1個預測單元重新進行幀內預測編碼；如果當前待嵌入的兩比特信息的 第一位信息為1，則當當前組中的第1個預測單元的預測模式的數字標識為〇時，對當前組 中的第1個預測單元的預測模式進行修改，使其數字標識為1，然后采用修改后的預測模式 對當前組中的第1個預測單元重新進行幀內預測編碼，當當前組中的第1個預測單元的預 測模式的數字標識為1時，對當前組中的第1個預測單元的預測模式不進行修改； 對于當前組中的第2個預測單元，如果當前待嵌入的兩比特信息的第二位信息為0,則 當當前組中的第2個預測單元的預測模式的數字標識為0時，對當前組中的第2個預測單 元的預測模式不進行修改，當當前組中的第2個預測單元的預測模式的數字標識為1時，對 當前組中的第2個預測單元的預測模式進行修改，使其數字標識為0,然后采用修改后的預 測模式對當前組中的第2個預測單元重新進行幀內預測編碼；如果當前待嵌入的兩比特信 息的第二位信息為1，則當當前組中的第2個預測單元的預測模式的數字標識為0時，對當 前組中的第2個預測單元的預測模式進行修改，使其數字標識為1，然后采用修改后的預測 模式對當前組中的第2個預測單元重新進行幀內預測編碼，當當前組中的第2個預測單元 的預測模式的數字標識為1時，對當前組中的第2個預測單元的預測模式不進行修改； 在當前組中的兩個預測單元各自的預測模式處理完畢后，當前組中的兩個預測單元已 嵌入隱秘信息，然后令P = P+2,再執行步驟①-8,其中，p = p+2中的"="為賦值符號； ①-8、將預測單元組合中的第二組作為當前組，然后返回步驟①-5繼續執行，當預測 單元組合中的二組處理完畢后，執行步驟①-9 ; ①-9、如果預測單元組合中的每組中的兩個預測單元滿足：其中一個預測單元的預測 模式的數字標識在區間[2, 34]內，另一個預測單元的預測模式的數字標識為0或1，則確定 預測單元組合中的所有預測單元均沒有嵌入隱秘信息，然后令i = i+4,再執行步驟①-10， 其中，i = i+4中的"="為賦值符號； 如果預測單元組合中只有一組中的兩個預測單元滿足：兩個預測單元各自的預測模式 的數字標識在區間[2, 34]內，或者兩個預測單元各自的預測模式的數字標識為0或1，則在 預測模式修改后的前提下，比較預測單元組合中的所有預測單元的率失真代價之和與這四 個尺寸大小為4X4的預測單元的上一級尺寸大小為8X8的預測單元的率失真代價，當前 者小于后者時，選擇尺寸大小為4X4的預測單元作為對應的尺寸大小為8X8的編碼單元 的預測單元類型；當前者大于或等于后者時，選擇尺寸大小為8X8的預測單元作為對應的 尺寸大小為8X8的編碼單元的預測單元類型，然后令i = i+4,并令p = p-2,再執行步驟 ①-10,其中，i = i+4和p = p-2中的"="為賦值符號； 如果預測單元組合中的兩組滿足：兩組中共四個預測單元各自的預測模式的數字標識 在區間[2, 34]內，或者兩組中共四個預測單元各自的預測模式的數字標識為0或1，或者其 中一組中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識在區間[2, 34]內，而另一組中的兩 個預測單元各自的預測模式的數字標識為0或1，則在預測模式修改后的前提下，比較預測 單元組合中的所有預測單元的率失真代價之和與這四個尺寸大小為4X4的預測單元的上 一級尺寸大小為8X8的預測單元的率失真代價，當前者小于后者時，選擇尺寸大小為4X4 的預測單元作為對應的尺寸大小為8X8的編碼單元的預測單元類型；當前者大于或等于 后者時，選擇尺寸大小為8X8的預測單元作為對應的尺寸大小為8X8的編碼單元的預測 單元類型，然后令i = i+4,并令p = p-4,再執行步驟①-10,其中，i = i+4和p = p-4中 的"="為賦值符號； ①-10、將當前編碼幀中待處理的第i個預測單元作為當前預測單元，然后返回步驟 ①-3繼續執行，直至當前編碼幀中的所有預測單元處理完畢； ① -11、將原始的HEVC視頻中的下一幀待編碼的幀作為當前編碼幀，然后返回步驟 ①-2繼續執行，直至隱秘信息全部嵌入完畢或原始的HEVC視頻中的所有幀處理完畢； 所述的隱秘信息提取部分具體包括以下步驟： ② -1、在隱秘信息提取端，利用HEVC標準解碼器對其接收到的含隱秘信息的HEVC視頻 碼流進行解碼； ②-2、將含隱秘信息的HEVC視頻碼流中解碼得到的第i'個預測單元定義為當前預測 單元，其中，1彡i'彡Γ，i'的初始值為1，Γ表示含隱秘信息的HEVC視頻碼流中包含的 預測單元的總個數； ②-3、判斷當前預測單元是否屬于I幀，如果是，則執行步驟②-4 ;否則，不對當前預測 單元進行隱秘信息提取，然后令i' =i'+l，再執行步驟②-6;其中，i' =i'+l中的"="為 賦值符號； ②-4、判斷當前預測單元的尺寸大小是否為4X4,如果是，則將當前預測單元及已解 碼的下一個尺寸大小為4X4的預測單元作為一個組合，然后執行步驟②-5 ;否則，不對當 前預測單元進行隱秘信息提取，然后令i' =i'+l，再執行步驟②-6;其中，i' =i'+l中的 "="為賦值符號； ②-5、如果組合中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識在區間[2, 34] 內，則將組合中的兩個預測單元各自的預測模式映射成角度值，對應記為D/和仏'，
然后計算〇1'和D2'的角度值絕對差值，記為 D'，D' = |D/-D2' |，再建立待提取的兩比特信息與D'所屬的角度差區間的對應關系，接著 根據待提取的兩比特信息與D'所屬的角度差區間的對應關系，提取得到兩比特信息，之后 令i' = i'+2,執行步驟②-6 ;其中，&'表示組合中的第一個預測單元的預測模式的數字標 識，k2'表示組合中的第二個預測單元的預測模式的數字標識，k/ e [2, 34]，k2' e [2, 34]， 符號" I I "為取絕對值符號，i' = i'+2中的"="為賦值符號； 如果組合中的一個預測單元的預測模式的數字標識在區間[2, 34]內，而另一個預測 單元的預測模式的數字標識為0或1，則不對組合中的兩個預測單元進行隱秘信息提取，然 后令i' =i'+2,再執行步驟②-6,其中，i' =i'+2中的"="為賦值符號； 如果組合中的兩個預測單元各自的預測模式的數字標識為0或1，則根據預測模式 的數字標識提取隱秘信息，如果預測模式的數字標識為0,則提取得到一比特信息為0,如 果預測模式的數字標識為1，則提取得到一比特信息為1 ;然后令i' = i'+2,再執行步驟 ②-6,其中，i' =i'+2中的"="為賦值符號； ②-6、將含隱秘信息的HEVC視頻碼流中解碼得到的第i'個預測單元作為當前預測單 元，然后返回步驟②-3繼續執行，直至提取出含隱秘信息的HEVC視頻碼流中的隱秘信息或 含隱秘信息的HEVC視頻碼流解碼完畢。
2. 根據權利要求1所述的一種HEVC視頻的信息隱藏方法，其特征在于所述的步驟 ① -6中當前待嵌入的兩比特信息與角度差區間的對應關系為：假設當前待嵌入的兩比 特信息為〇〇,則對應的角度差區間為
假設當 前待嵌入的兩比特信息為01，則對應的角度差區間為
或
；假設當前待嵌入的兩比特信息為10,則對應的角度差區間為
或
假設當前待嵌入的兩比特信息為11，則對應的角度 差區間為
3. 根據權利要求2所述的一種HEVC視頻的信息隱藏方法，其特征在于所述的步驟 ② -5中待提取的兩比特信息與D'所屬的角度差區間的對應關系為：假設D'所屬的角度差 區間為
則對應的待提取的兩比特信息為〇〇 ; 假設D'所屬的角度差區間為
，則對應的待 提取的兩比特信息為01 ;假設D'所屬的角度差區間為
廠 _. _ \
則對應的待提取的兩比特信息為10 ;假設D'所屬的角度差區間為
，則對應的待提取的兩比特信息為11。
【文檔編號】H04N19/11GK104159117SQ201410349875
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月22日 優先權日:2014年7月22日
【發明者】王讓定, 王家驥, 徐達文, 李倩, 李偉, 徐健, 黃美玲 申請人:寧波大學