一种STC信息隐藏算法制造技术

本发明专利技术公开了一种STC信息隐藏算法，针对视频信息隐藏算法嵌入容量有限、嵌入后视频质量低的问题，本发明专利技术结合视频帧间失真迭代、帧内纹理性和运动特性对失真的影响，提出一种利用帧序号、图像帧纹理性和运动特性构建失真代价函数，用此函数为载密数据分配STC信息嵌入时的代价。同时，针对帧间失真迭代的问题，以后编码帧优先嵌入的原则嵌入信息，实现基于STC和代价分配的最小失真信息隐藏算法。该算法计算简单，容易实现，具有良好的嵌入容量和含密视频质量，具有实用价值。

A STC Information Hiding Algorithm

The invention discloses an STC information hiding algorithm. To solve the problems of limited embedded capacity of video information hiding algorithm and low video quality after embedding, the invention proposes a distortion cost function based on frame sequence number, image frame texture and motion characteristics, which is used to segment encrypted data, considering the effects of video inter-frame distortion iteration, intra-frame texture and motion characteristics on distortion. The cost of embedding STC information. At the same time, aiming at the problem of iteration of inter-frame distortion, the principle of priority embedding of coding frames is used to embedding information, and the minimum distortion information hiding algorithm based on STC and cost allocation is realized. The algorithm is simple in calculation and easy to implement. It has good embedding capacity and encrypted video quality, and has practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种STC信息隐藏算法
本专利技术涉及数字视频信息隐藏
，特别是一种STC(Syndrome-TrellisCodes，综合格码)信息隐藏算法，将秘密信息嵌入在视频序列QDCT(QuaternionDiscreteCosineTransform，量化离散余弦变换)系数中，能有效地使失真最小。
技术介绍
由于近年来互联网的飞速发展和视频压缩技术的成熟，以及各种功能强大的视频处理软件的出现，使得数字视频的传输、存储、复制及编辑等处理变得方便快捷的同时，也使人们开始关注多媒体信息安全问题。信息隐藏技术是一种将秘密信息隐藏在已有媒体中的信息安全技术，媒体的冗余信息越多，秘密信息越容易隐藏，就越安全。信息隐藏的历史可以追溯到公元前440年的隐写术，在数字时代，信息隐藏技术已经成为信息安全研究领域的热点。视频信息隐藏方法按照嵌入位置的数据表示，将信息隐藏方法分为有直方图平移、频谱扩展、位平面代换等方法，同时考虑到嵌入后的失真，基于代价分配的最小失真方法也是信息隐藏技术的重要分支。文献“DecomposingJointDistortionforAdaptiveSteganography”(WeimingZhang,ZhuoZhang,LiliZhang,HanyiLi,andNenghaiYu，IEEETransactionsonCircuitsandSystemforVideotechnology,vol.27,no.10,2017)提出因信息嵌入带来的失真主要有加性失真和非加性失真。两种失真可以用联合失真计算，文献定义的像素块联合失真，更能合理地反映真实的嵌入失真。因此信息隐藏技术不仅是信息嵌入方法的研究，也是嵌入失真、所嵌信息的目的达到与否的评估研究。文献“Inter-framedistortiondriftanalysisforreversibledatahidinginencryptedH.264/AVCvideobitstreams”(YuanzhiYao,WeimingZhang,NenghaiYu,SignalProcessing,vol.128,pp.531–545,2016)对视频的帧间失真进行了研究，在视频序列为IPPP时，由于P帧间的相互参考，失真逐帧累加，使得在同一个GOP(GroupofPictures，图片组)内，随着帧数的增加，失真逐渐增大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种在IPPP视频序列的QDCT系数上以最小失真秘密信息的信息隐藏算法。该算法能有效预测每个QDCT系数上嵌入信息后的失真，从而选择最小失真的方式实现嵌入。实现本专利技术目的的技术方案如下：一种STC信息隐藏算法，根据失真代价函数fcost计算帧内每个载体元素的失真代价；第m个载体元素嵌入的失真代价函数fcost(m)为其中，factorl为帧序号对嵌入失真的影响因子，i为当前帧fi的帧序号；factorMv为运动特性对嵌入失真的影响因子，Mvx,Mvy为该帧的运动矢量；factorf(m)＝1-Wfk，factorf为纹理特性对嵌入失真的影响因子，Wfk表示第k个频带的纹理度，k＝1,2,3,4分别对应QDCT系数分成的低、中、中高和高频四个频带；其中，fz(k)是第k个频带内所有系数的集合，ACr,c是4×4块位于r行c列的系数；Sumf是载体元素所在频带内所有系数的和；sign()为符号函数。进一步的技术方案为，STC嵌入信息时，以先编码帧的目标失真小于后编码帧的失真为原则，为每帧预设嵌入失真：其中，di和di-1分别为当前帧的预设失真和参考帧的失真，d为把当前未嵌入信息平均嵌入在剩余的每帧中带来的失真，Numf为一个GOP中的总帧数，η表示相邻帧在失真上的增量因子；每帧参考预设嵌入失真，以负载优先或失真优先的方式嵌入信息。与现有的视频信息隐藏算法相比，本专利技术基于帧内块的纹理性，同时考虑了视频帧图像块内不同频率系数对帧间失真的影响，结合STC实现具有最小失真的信息隐藏算法，从而有利于本专利技术的推广应用。附图说明图1为4×4块的各系数及所属频率域分布图。图2为影响失真代价函数的各因子关系图。图3为嵌入信息后各帧视频序列PSNR值变化图。具体实施方式本专利技术利用视频帧间相关性、帧内的纹理特性以及运动特性，设计了一种视频帧的QDCT系数嵌入信息的失真代价函数，并基于该失真代价函数设计具有最小失真的STC信息隐藏算法。本专利技术包括视频QDCT域上的失真代价函数定义和基于STC和代价分配的信息隐藏算法两个部分。视频帧QDCT域上的失真代价函数定义部分，主要步骤如下：首先，基于P帧间的相互参考，参考帧的误差会迭代到当前帧并层层迭代，因此帧序号成为影响信息隐藏中嵌入失真的一个因素，并与失真成反比。其次，基于帧或块运动特性对失真的影响，当前帧可由参考帧与运动残差计算得到，运动性较强的块具有较大的运动残差，在当前帧中所占的比例也较大，修改运动残差产生的失真影响也较大，因此，运动性的强弱与失真成正比关系。接着，基于视频帧内图像块的频率分布(纹理性)对失真有遮蔽效应，用纹理度来表示频率区域内的纹理性，建立失真与纹理的反比关系。最后，基于以上三个因素，用指数函数建立以失真代价为因变量，帧序号、运动特性以及纹理性作为自变量的函数关系。基于STC和代价分配的信息隐藏算法，主要步骤如下：首先，生成每帧的载密数据。每帧图像以4×4块为单位计算边缘点，并以此为纹理性依据将帧内块分成平坦、纹理以及边缘区域，分别选取各个纹理区域中具有最小帧间失真的元素作为载密数据。其次，根据失真代价分配函数为每个载密数据分配失真代价，用STC在每帧中嵌入信息。同时由于帧间失真的迭代，在逐帧嵌入信息时，以信息主要嵌入在GOP后编码帧为原则减少帧间失真迭代。最后，在接收端，在解码后的反量化前提取信息。具体如下：假设设计当前帧的第m个载体元素的失真代价。1、视频帧QDCT域上嵌入信息的失真函数定义：(1)帧序号对嵌入失真的影响。在视频帧中，已编码的P帧作为待编码P帧的参考帧，参考帧的失真迭代是当前帧失真的组成部分。参考帧的帧序号决定失真迭代的影响范围。设一个GOP内有Ngop帧，帧序号为i的当前帧fi的失真会迭代到其后面(Ngop-i)帧，因此，帧序号越小，失真迭代的影响就越大，记factorl为帧序号对嵌入失真的影响因子，可用反比关系表示为(2)运动特性对嵌入失真的影响。运动残差和运动向量是衡量帧间运动特性的变量。每帧均由参考帧与运动残差组成，运动性强的帧或块，运动残差在该帧中所占的比例较大，嵌入失真对帧或块的影响也较大。因此失真代价与运动特性成正比，记factorMv为运动特性对嵌入失真的影响因子，用该块或帧的运动矢量(Mvx,Mvy)表示为：(3)纹理特性对嵌入失真的影响。对一个4×4块内的QDCT系数(如图1所示)，将QDCT系数分成低、中、中高和高频四个频率带(简称频带，图片中不同颜色的区域表示不同的频带)，为了更好地刻画频域纹理特性，用纹理度表示每个频带的纹理特性，记为其中Wfk表示第k个频带的纹理度，ACr,c图1中4×4块(r,c)位置的系数，fz(k)是第k个频域内所有系数的集合。受纹理特性对嵌入失真有掩蔽效应，记factorf为纹理特性对嵌入本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种STC信息隐藏算法，其特征在于，根据失真代价函数fcost计算帧内每个载体元素的失真代价；第m个载体元素嵌入的失真代价函数fcost(m)为

【技术特征摘要】
1.一种STC信息隐藏算法，其特征在于，根据失真代价函数fcost计算帧内每个载体元素的失真代价；第m个载体元素嵌入的失真代价函数fcost(m)为其中，factorl为帧序号对嵌入失真的影响因子，i为当前帧fi的帧序号；factorMv为运动特性对嵌入失真的影响因子，Mvx,Mvy为该帧的运动矢量；factorf(m)＝1-Wfk，factorf为纹理特性对嵌入失真的影响因子，Wfk表示第k个频带的纹理度，k＝1,2,3,4分别对应QDCT系数分成的低、中、中高和高频四个频带；其中，fz(k)是第k...

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