一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法技术

本发明专利技术公开了一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，包括信息嵌入和信息提取；信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的量化和重排序之间进行，并且信息嵌入后的码流不参与逆量化；信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的重排序和逆量化之间进行；或者，信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的重排序和熵编码之间进行，还包括信息嵌入之前进行逆重排序，以及信息嵌入之后进行重排序；信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的熵解码和逆重排序之间进行，还包括信息提取之前进行逆重排序，以及信息提取之后进行重排序。与现有的可逆视频信息隐藏相比，本发明专利技术充分利用系数的修改方向与给出的映射规则相结合，在同样的系数修改量下，本方法能够获得更高的嵌入容量。

【技术实现步骤摘要】
一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法
本专利技术涉及信息隐藏
，特别是一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法。
技术介绍
传统的信息隐藏技术不同于加密技术，它能够将机密信息嵌入到图像、音频、视频等载体中，从而借助载体的内容去隐蔽真正通信内容。然而，加密技术一般通过直接加密机密信息，之后再将密文内容通过通信信道发送出去。即加密技术只是保证了信息的机密性，但是通信中信息的存在性是显而易见。因此，机密信息的通信很容易被阻止，为此，信息隐藏技术为解决这一问题应用而生。此外，信息隐藏技术也可将信息隐藏在载体中达到保护版权的目的。然而，一般的信息隐藏技术只能提取出嵌入的信息，并不能恢复原始载体。原始载体的恢复在医学诊断、法庭举证和艺术作品等保真度要求高的场合是非常重要的，而可逆信息隐藏技术能够满足这一要求。可逆信息隐藏技术在嵌入秘密信息过程中虽然会对载体造成一定程度上的破坏，但在提取秘密信息后，能够实现原始载体的精确恢复。从文献“Reversibledatahiding:advancesinthepasttwodecades”(ShiYun-qing,LiXiao-long,ZhangXinpeng,WuHao-tian,MaBin,IEEEAccess,vol.4,pp.3210-3237,2016)中可知，图像可逆信息隐藏技术的研究相对来说已较为成熟。随着视频压缩技术的发展，视频可逆信息隐藏技术受到越来越多的关注。文献“Anoveltwo-dimensionalhistogrammodificationforreversibledataembeddingintostereoH.264video”(ZhaoJuan,LiZhi-tang,FengBing,MultimediaToolsandApplications,vol.75,no.10,pp.5959-5980,2016)根据直方图平移技术和映射规则提出了一个新的H.264视频可逆视频信息隐藏算法。通过选择，每两个系数作为一次操作对象，能够实现较小的失真。然而，通过此文献的方法，每两个系数最多能够嵌入3个信息比特，因此，嵌入容量受限。因此，结合H.264视频编码标准的结构特性，研究基于直方图平移技术和映射规则并具有高嵌入容量的可逆视频信息隐藏技术具有重要研究意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种以视频为载体能够嵌入更多的信息，并且在提取完嵌入信息后该算法能够精确地恢复原始载体。本专利技术利用H.264压缩标准编码器中产生的零量化DCT系数组来承载信息，结合直方图平移机制设计了一种新的可逆信息隐藏算法。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，包括信息嵌入和信息提取；所述信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的量化和重排序之间进行，并且信息嵌入后的码流不参与逆量化；所述信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的重排序和逆量化之间进行；所述信息嵌入，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为可嵌入4×4块；步骤2：所述宏块中的可嵌入4×4块，如果其量化系数AC15不为零，则对其量化系数AC15进行一维的直方图平移，即其中，X为平移量，且X为自然数；步骤3：按可嵌入4×4块在所述宏块中的扫描顺序，选择为零的所有量化系数AC15，将每n个量化系数AC15组合后生成一个零系数组(c1，c2，...cn)，2≤n≤16，其中元素c1对应第一个可嵌入4×4块的量化系数AC15，元素c2对应第二个可嵌入4×4块的量化系数AC15，以此类推；步骤4：依照嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，根据待嵌入信息进行零系数组的元素赋值，并按赋值后元素值对应修改可嵌入4×4块的量化系数AC15；步骤5：对已修改量化系数AC15所在4×4块的其它量化系数，按倒序对第一个非零量化系数进行一维的直方图平移，平移量为X；所述信息提取，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为待提取4×4块；步骤2：按待提取4×4块在所述宏块中的扫描顺序，选择绝对值不大于X的所有量化系数AC15，将每n个量化系数AC15组合后生成一个零系数组(c1,c2,...,cn)，2≤n≤16，其中元素c1对应第一个待提取4×4块的量化系数AC15，元素c2对应第二个待提取4×4块的量化系数AC15，以此类推；步骤3：依照嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，根据零系数组的元素值提取出嵌入信息，并将零系数组的元素所对应的待提取4×4块的量化系数AC15修改为零；步骤4：对已修改量化系数AC15所在4×4块的其它量化系数，按倒序对第一个非零量化系数进行一维的直方图平移逆操作；步骤5：所述宏块中的待提取4×4块，如果其量化系数AC15的绝对值大于X，则对其量化系数AC15进行一维的直方图平移逆操作。实现本专利技术目的的另一种技术方案是：一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，包括信息嵌入和信息提取；所述信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的重排序和熵编码之间进行，还包括信息嵌入之前进行逆重排序，以及信息嵌入之后进行重排序；所述信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的熵解码和逆重排序之间进行，还包括信息提取之前进行逆重排序，以及信息提取之后进行重排序；其中，信息嵌入和信息提取的步骤与前述技术方案相同。前述两种技术方案中：进一步地，平移量X＝1；n＝2；嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，按照以下方法生成：零系数组的元素取值为-1、0或1，组合构成9种零系数组；从中任选8种，与3位的二进制嵌入信息生成映射关系。进一步地，平移量X＝1；n＝3；嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，按照以下方法生成：零系数组的元素取值为-1、0或1，组合构成27种零系数组；从中任选16种，与4位的二进制嵌入信息生成映射关系。进一步地，平移量X＝2；n＝2；嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，按照以下方法生成：零系数组的元素取值为-2、-1、0、1或2，组合构成25种零系数组；从中任选16种，与4位的二进制嵌入信息生成映射关系。进一步地，平移量X＝2；n＝3；嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，按照以下方法生成：零系数组的元素取值为-2、-1、0、1或2，组合构成125种零系数组；从中任选64种，与6位的二进制嵌入信息生成映射关系。本专利技术的有益效果在于，是一种能够解决信息隐藏永久性修改原始压缩载体问题的方法，即本专利技术的方法可以在提取信息后精确地恢复压缩的原始载体。与现有的可逆视频信息隐藏相比，本专利技术充分利用系数的修改方向与给出的映射规则相结合，在同样的系数修改量下，本方法能够获得更高的嵌入容量。附图说明图1为信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的量化和重排序之间进行的示意图。图2为信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的重排序和逆量化之间进行的示意图。图3为信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的重排序和熵编码之间进行的示意图。图4为信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的熵解码和逆重排序之间进行的示意图。图5为4×4块的扫描顺序示意图。图6和图7分别为实验本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括信息嵌入和信息提取；所述信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的量化和重排序之间进行，并且信息嵌入后的码流不参与逆量化；所述信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的重排序和逆量化之间进行；所述信息嵌入，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为可嵌入4×4块；步骤2：所述宏块中的可嵌入4×4块，如果其量化系数AC15不为零，则对其量化系数AC15进行一维的直方图平移，即

【技术特征摘要】
1.一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括信息嵌入和信息提取；所述信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的量化和重排序之间进行，并且信息嵌入后的码流不参与逆量化；所述信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的重排序和逆量化之间进行；所述信息嵌入，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为可嵌入4×4块；步骤2：所述宏块中的可嵌入4×4块，如果其量化系数AC15不为零，则对其量化系数AC15进行一维的直方图平移，即其中，X为平移量，且X为自然数；步骤3：按可嵌入4×4块在所述宏块中的扫描顺序，选择为零的所有量化系数AC15，将每n个量化系数AC15组合后生成一个零系数组(c1，c2，...cn)，2≤n≤16，其中元素c1对应第一个可嵌入4×4块的量化系数AC15，元素c2对应第二个可嵌入4×4块的量化系数AC15，以此类推；步骤4：依照嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，根据待嵌入信息进行零系数组的元素赋值，并按赋值后元素值对应修改可嵌入4×4块的量化系数AC15；步骤5：对已修改量化系数AC15所在4×4块的其它量化系数，按倒序对第一个非零量化系数进行一维的直方图平移，平移量为X；所述信息提取，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为待提取4×4块；步骤2：按待提取4×4块在所述宏块中的扫描顺序，选择绝对值不大于X的所有量化系数AC15，将每n个量化系数AC15组合后生成一个零系数组(c1,c2,...,cn)，2≤n≤16，其中元素c1对应第一个待提取4×4块的量化系数AC15，元素c2对应第二个待提取4×4块的量化系数AC15，以此类推；步骤3：依照嵌入信息与零系数组元素值的映射关系表，根据零系数组的元素值提取出嵌入信息，并将零系数组的元素所对应的待提取4×4块的量化系数AC15修改为零；步骤4：对已修改量化系数AC15所在4×4块的其它量化系数，按倒序对第一个非零量化系数进行一维的直方图平移逆操作；步骤5：所述宏块中的待提取4×4块，如果其量化系数AC15的绝对值大于X，则对其量化系数AC15进行一维的直方图平移逆操作。2.一种基于零量化DCT系数组的视频可逆信息隐藏方法，其特征在于，包括信息嵌入和信息提取；所述信息嵌入在H.264/AVC视频压缩过程的重排序和熵编码之间进行，还包括信息嵌入之前进行逆重排序，以及信息嵌入之后进行重排序；所述信息提取在H.264/AVC视频恢复过程的熵解码和逆重排序之间进行，还包括信息提取之前进行逆重排序，以及信息提取之后进行重排序；所述信息嵌入，包括：步骤1：从I帧内具有4×4预测模式的宏块中，选择存在非零量化系数的4×4块，作为可嵌入4×4块；步骤2：所述宏块中的可嵌入4×4块，如果其量化系数AC15不为零，则对其量化系数A...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏霞，陈意，
申请(专利权)人：四川大学，
类型：发明
国别省市：四川,51