一種基于整數dct系數調制的信息隱藏及提取方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及信息隱藏領域，特別涉及一種基于整數DCT系數調制的信息隱藏及提 取方法。
【背景技術】
[0002] 信息技術的不斷發展給人們生活帶來了便利，但同時也帶來了信息認證、版權保 護、秘密通信等諸多問題。信息隱藏技術可以很好地解決這些問題。它是一項將秘密信息 嵌入常見載體，通過隱藏秘密通信本身來達到傳遞秘密信息目的的技術。
[0003] 互聯網和數字多媒體應用技術的日益成熟，使得音頻、圖像、視頻等多媒體信息的 傳輸和交換十分便捷。視頻信息因其直觀性、確定性和高效性等特點，特別是近年來網絡流 媒體業務的不斷發展，使視頻數據流逐漸成為網絡通信流量的重要組成部分，但也成為一 種潛在的極具威脅性的信息隱藏載體。由于視頻一般要經過壓縮編碼后再通過網絡進行傳 輸，因此基于壓縮視頻流的信息隱藏研究在近年來得到了越來越多的重視，目前已有較多 相關文獻見諸報道。現有的信息隱藏方法大致可分為以下幾類：基于幀內預測模式調制進 行信息隱藏的方法；基于運動矢量調制進行信息隱藏的方法；基于熵編碼碼元調制進行信 息隱藏的方法；基于整數變換系數調制進行信息隱藏的方法。
[0004] 上述的幾種信息隱藏方法存在著以下問題：幀內預測模式調制只在I幀出現；運 動矢量調制只在有幀間估計時才能應用；熵編碼直接修改碼流元素會引入較大的視頻失 真；而整數變換在所有類型的編碼幀中都會出現，載體容量大，意味著嵌入容量大，另外，基 于整數變換系數調制的信息隱藏算法一般都具有復雜性低，無需重編碼，較適合實時編碼 過程，具有更廣泛的利用空間的優點。但是，現有的整數變換系數調制信息隱藏方法存在嵌 入效率低、引入的碼率增加量大等問題。
【發明內容】
[0005] 本發明的目的在于，為克服現有技術中的整數變換系數調制信息隱藏方法存在著 上述技術問題，本發明提供一種基于整數DCT系數調制的信息隱藏及提取方法，該信息隱 藏及提取方法具有較高的嵌入效率。
[0006] 為了實現上述目的，本發明提供一種基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，所 述的信息隱藏方法包括：
[0007] 步驟1 )、構建一個N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個維度有2N+1個坐標，共 有（2N+1)N個元素，每個元素均為數值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進制數，以任何一個元素 為中心，與其余維度上的2N個相鄰元素的數值共同構成0至2N的連續整數；
[0008] 步驟2)、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，根據平均紋理復雜度（ACM)計算公 式，計算出當前宏塊的紋理復雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
【主權項】
1. 一種基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的信息隱藏方法包 括： 步驟1)、構建一個N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個維度有2N+1個坐標，共有 (2N+1) N個元素,每個元素均為數值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進制數，以任何一個元素為 中心,與其余維度上的2N個相鄰元素的數值共同構成0至2N的連續整數； 步驟2)、在H.264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，根據平均紋理復雜度（ACM)計算公式， 計算出當前宏塊的紋理復雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
其中，T是宏塊經DCT變換后的系數矩陣，是矩陣T的元素 ，01與θ2是通過實驗 計算得出的閾值，式中的"（iTd > Q1) ? 1:〇"表示如果ITijI > Q1成立，則取值為1，否 則取值為〇，"（|Tu| > Q1) ? |TU|:0"表示如果}1^| > Q1成立，則取值為|TU|，否則取 值為〇 ; 步驟3)、對步驟2)中得到的待嵌入宏塊通過logistic映射產生非周期不收斂的混沌 序列，對該混沌序列進行整數量化后得到模板選擇序號，根據該模板選擇序號選擇每個待 嵌入宏塊內的14塊模板； 步驟4)、從步驟3)得到的每個14塊模板中選取N個量化后的非零AC系數作為一組載 體系數進行信息嵌入，在每個待嵌入宏塊遍歷結束時不足N個的載體系數丟棄； 步驟5)、將步驟4)中獲得的一組載體系數映射到步驟1)構建的N維2N+1階魔方矩陣 中，得到一個映射值；然后將該映射值與待嵌入的2N+1進制數秘密信息進行對比，如果兩 者數值相等，則不需要修改該組載體系數，否則根據以下公式調制系數，使得映射值等于待 嵌入的2N+1進制數秘密信息的數值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F表示載體系數與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數，Di是當前要嵌入 的一個2N+1進制的秘密信息。
2. 根據權利要求1所述的基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 N維2N+1階魔方矩陣中任意元素的求值公式表示為： M (W1, W2,，· ·，Wh，Wn)=(評典+…+NWn) mod (2N+1) 其中，Μ^，W2,. .，Wn+ WN)表示N維2N+1階魔方矩陣的映射關系，W1, W2,. . .，Wn+ Wn為 N維2N+1階魔方矩陣的N個坐標，且W1, W2,. . .，Wn+ Wn為[0, 2N]范圍內的整數。
3. 根據權利要求1所述的基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟2)包括： 步驟2-1 )、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，抽取宏塊中的殘差經整數DCT變化后 生成DCT系數的直流分量，組成一個4X4的矩陣DC ; 步驟2-2)、將步驟201)得到的矩陣DC再進行一次DCT變換，得到一個4X4的矩陣T ; 步驟2-3)、統計矩陣T中的系數大于閾值h的個數，再根據平均紋理復雜度（ACM)計 算公式對所有大于閾值h的系數計算獲得平均值，將該平均值作為該宏塊的平均復雜度量 化值，如果平均復雜度量化值大于閾值P，則將該宏塊選擇為待嵌入宏塊。
4. 根據權利要求1所述的基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟3)包括： 步驟3-1)、確定logistic映射初值X。； 步驟3-2)、選取適當的μ值以滿足3. 5699456 S μ <4,從而得到密鑰（μ，χ。）； 步驟3-3)、根據步驟3-2)得到的密鑰（μ，Χ(ι)產生非周期不收斂的混沌序列 (x1； X2, L, χη)； 步驟3-4)、對步驟3-3)得到的混沌序列中每個值Xk進行0-65534整數量化后可得到 模板選擇序號，根據該模板選擇序號選擇每個待嵌入宏塊內的14塊模板，所述模板選擇序 號的計算公式表示為：
其中，yk表不模板選擇序號中的值，Lxi*65535j:表不不大于X k*65535的最大整數。
5. 根據權利要求1所述的基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟5)包括： 步驟5-1)、將步驟4)中獲得的一組載體系數通過如下映射關系映射到N維2N+1階魔 方矩陣中得到一個映射值： F (C1, c2, c3, ...，tv" cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cp1)，y (cN)) 其中，y (Ci)的計算公式表示為：
y表示一組系數與N維2N+1階魔方矩陣的映射函數，Ci表示載體系數； 步驟5-2)、將待嵌入的2N+1進制數秘密信息與映射值進行對比，如果兩者數值相等， 則不需要修改該組載體系數，否則根據以下公式調制系數，使得映射值等于待嵌入的2N+1 進制數秘密信息的數值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F表示載體系數與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數，Di是當前要嵌入 的一個2N+1進制的秘密信息。
6. 基于權利要求1-5所述基于整數DCT系數調制的信息隱藏方法所實現的信息提取方 法，其特征在于，所述的信息提取方法包括 ： 步驟201 )、將含有秘密信息的H. 264/AVC壓縮視頻進行熵解碼后得到一個宏塊，根據 平均紋理復雜度（ACM)計算公式，計算出當前宏塊的紋理復雜度，若滿足如下條件，則該宏 塊為已經嵌入秘密信息的宏塊：
其中，T是宏塊經DCT變換后的系數矩陣，是矩陣T的元素，01與θ2是通過實驗 計算得出的閾值，式中的"（iTijl > Q1) ? 1 :〇"表示如ITijI > Q1成立，則取值為1，否則 取值為〇，"（|ΤυΙ > Q1) ? ITijI :〇"表示如果ITijI > G1成立，則取值為ITijI,否則取值 為〇 ; 步驟202)、對步驟201)中得到的已嵌入秘密信息的宏塊，通過logistic映射產生非周 期不收斂的混沌序列，對該混沌序列進行整數量化后得到模板選擇序號，根據該模板選擇 序號選擇每個14塊模板； 步驟203)、從步驟202)得到的每個14塊模板中選取N個量化后的非零AC系數作為一 組載體系數進行信息提取，在每個已嵌入信息宏塊遍歷結束時不足N個的載體系數丟棄； 步驟204)、將步驟203)中的N個載體系數映射到N維2N+1階魔方矩陣中提取一位已 嵌入的2N+1進制數秘密信息，提取的計算公式表示為： Di=F (C1, c2, ...，Cp1, cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cim)，y (cN)) 其中
F表示載體系數與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映 射函數，Di是當前已嵌入的一個2N+1進制的秘密信息，y表示一組系數與N維2N+1階魔方 矩陣的映射函數，Ci表示載體系數。
【專利摘要】本發明提供了一種基于整數DCT系數調制的信息隱藏及提取方法，通過構造一個N維2N+1階魔方矩陣，并將載體系數以N個為一組分別映射到該N維2N+1階魔方矩陣中得到一個映射值，將待嵌入的2N+1進制數秘密信息與映射值進行對比，如果兩者數值相等，則不需要修改該組載體系數，如果不相等，僅需修改其中一個載體系數，即可使得映射值等于待嵌入的值，通過修改一個載體系數完成秘密信息個比特的嵌入，嵌入效率高達且由于載體系數修改率僅為1/N，計算過程簡單，提高了信息隱藏及提取的效率。
【IPC分類】H04N19-467, H04N19-176
【公開號】CN104683811
【申請號】CN201310629684
【發明人】李松斌, 付江云, 劉鵬, 戴瓊興, 鄧浩江
【申請人】中國科學院聲學研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2013年11月29日