一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法技术

本发明专利技术公开了一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，包括：对视频序列进行运动估计并结合失真函数，计算P帧的原始运动矢量场中的运动矢量的联合嵌入失真，进而计算相应运动矢量的联合修改概率；根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率与垂直分量的条件修改概率，从而将载荷嵌入到运动矢量的水平分量与垂直分量中；将嵌入载荷的运动矢量构成视频序列修改的运动矢量场，并通过编码生成视频编码比特流，完成视频隐写。该方法实现了运动矢量分量中的动态载荷分配，提升了视频隐写方法的抗检测性能。

A Video Steganography Method Based on Motion Vector Embedded Distortion Decomposition

【技术实现步骤摘要】
一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法
本专利技术涉及信息隐藏
，尤其涉及一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法。
技术介绍
视频隐写作为一种保障行为安全的隐蔽通信方式，在面向互联网的隐私保护中发挥了重要作用。现有的大多数视频隐写方法基于最小化加性嵌入失真构造及编码，通过设计加性嵌入失真函数并使用STC编码实现载荷嵌入。这类基于加性嵌入失真的视频隐写方法忽视了视频编码数据之间的交互影响，不能充分体现视频编码的空时域关联性，抗检测性能有待提升。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，实现运动矢量分量中的动态载荷分配，提升了视频隐写方法的抗检测性能。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，包括：对视频序列进行运动估计并结合失真函数，计算P帧的原始运动矢量场中的运动矢量的联合嵌入失真，进而计算相应运动矢量的联合修改概率；根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率与垂直分量的条件修改概率，从而将载荷嵌入到运动矢量的水平分量与垂直分量中；将嵌入载荷的运动矢量构成视频序列修改的运动矢量场，并通过编码生成视频编码比特流，完成视频隐写。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过将运动矢量嵌入失真转换为运动矢量修改概率，分别计算得到运动矢量水平分量的边缘修改概率和运动矢量垂直分量的条件修改概率，从而动态地分配载荷到运动矢量的水平分量和垂直分量中，该视频隐写方法具备在运动矢量分量中的动态载荷分配能力，提升了视频隐写方法的抗检测性能。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法的流程图；图2为本专利技术实施例提供的运动矢量变化结构图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。本专利技术实施例提供一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，如图1所示，包括：1、对视频序列进行运动估计并结合失真函数，计算P帧的原始运动矢量场中的运动矢量的联合嵌入失真，进而计算相应运动矢量的联合修改概率。首先，对视频序列进行运动估计，获得所有P帧(P帧为帧间预测编码图像)的运动矢量，构成视频的原始运动矢量场MVt。其次，结合给定的失真函数计算P帧的原始运动矢量场MVt中的运动矢量的联合嵌入失真。第t帧中(i,j)位置处运动矢量的联合嵌入失真ρi,j,t(mvi,j,t,mv'i,j,t)反映原始运动矢量mvi,j,t修改为运动矢量mv'i,j,t后造成的嵌入影响；对于P帧数目为N的视频序列，其联合嵌入失真表示为所有运动矢量的联合嵌入失真之和：其中，H、W是分别为以编码块为单位计算得到的视频序列的高、宽。如图2所示，对运动矢量的水平分量和垂直分量作±1修改以嵌入载荷，修改的运动矢量mv'i,j,t属于候选运动矢量集合CMVi,j,t，表示为：mv'i,j,t∈CMVi,j,t＝{(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t),(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t+1),(mvxi,j,t,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t,mvyi,j,t),(mvxi,j,t,mvyi,j,t+1),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t+1)}其中，mvxi,j,t、mvyi,j,t分别为运动矢量的水平分量、垂直分量。最后，根据最大熵原则和联合嵌入失真，计算相应运动矢量的联合修改概率，其公式为：其中，CMVi,j,t表示候选运动矢量集合，λ为根据最大熵原则计算得到的参数。本专利技术实施例中，第t帧中第(i,j)个运动矢量的联合修改概率π(mv'i,j,t)表示原始运动矢量mvi,j,t修改为运动矢量mv'i,j,t的概率。视频中嵌入的载荷长度H(π)(单位为比特)可以表示为：视频平均嵌入失真Eπ(D)可以表示为：2、根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率与垂直分量的条件修改概率，从而将载荷嵌入到运动矢量的水平分量与垂直分量中。首先，根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率和对应的边缘嵌入失真，并使用STC编码将载荷嵌入到运动矢量的水平分量中。运动矢量水平分量的边缘修改概率计算公式为：其中，δ1与δ2用来反映运动矢量分量的变化程度；运动矢量水平分量的边缘嵌入失真计算公式为：在运动矢量水平分量中嵌入的载荷长度H(π(x))表示为：其次，根据联合修改概率和运动矢量水平分量的边缘修改概率，计算运动矢量垂直分量的条件修改概率和对应的条件嵌入失真，并使用STC编码将载荷嵌入到运动矢量的垂直分量中。运动矢量垂直分量的条件修改概率计算公式为：运动矢量垂直分量的条件嵌入失真计算公式为：在运动矢量垂直分量中嵌入的载荷长度H(π(y))表示为：本专利技术实施例中，在运动矢量水平分量中嵌入的载荷长度H(π(x))和在运动矢量垂直分量中嵌入的载荷长度H(π(y))满足：H(π(x))+H(π(y))＝H(π)。3、将嵌入载荷的运动矢量构成视频序列修改的运动矢量场，并通过编码生成视频编码比特流，完成视频隐写。本专利技术实施例中，该方法还包括提取视频编码比特流中嵌入的载荷：对视频编码比特流进行解码，得到修改的运动矢量场MV′t，再从修改的运动矢量场MV′t中提取嵌入的载荷；其中，根据视频序列中嵌入的载荷长度H(π)确定STC编码的校验矩阵，将所有运动矢量分量中最低有效比特位和次最低有效比特位构成载密向量，再将校验矩阵与载密向量相乘，获得载荷向量，完成载荷提取。本专利技术实施例上述方案，通过将运动矢量嵌入失真转换为运动矢量修改概率，分别计算得到运动矢量水平分量的边缘修改概率和运动矢量垂直分量的条件修改概率，从而动态地分配载荷到运动矢量的水平分量和垂直分量中，该视频隐写方法具备在运动矢量分量中的动态载荷分配能力，提升了视频隐写方法的抗检测性能。抗检测性能是视频隐写方法的重要评价指标，抗检测性能使用最小平均错误检测率衡量，可以表示为：其中，PFA和PMD(PFA)分别是虚警概率和漏检概率。本专利技术实施例提供的上述方案为基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，测试中使用的失真函数可以表示为：ρi,j,t(mvi,j,t,mv'i,j,t)＝SDCi,j,t×(PECi,j,t+α)β令mv'i,j,tMV～i,j,t表示第t帧中(i,j)位置处运动矢量mvi,j,t修改为mv'i,j,t后的运动矢量场，SDCi,j,t是运动矢量统计分布变化，可以表示为：其中，是加权系数。是运动矢量水平分量和垂直分量差分算子计算得到的二阶共生矩阵对应的和函数，“→”表示差分计算方本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，包括：对视频序列进行运动估计并结合失真函数，计算P帧的原始运动矢量场中的运动矢量的联合嵌入失真，进而计算相应运动矢量的联合修改概率；根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率与垂直分量的条件修改概率，从而将载荷嵌入到运动矢量的水平分量与垂直分量中；将嵌入载荷的运动矢量构成视频序列修改的运动矢量场，并通过编码生成视频编码比特流，完成视频隐写。

【技术特征摘要】
1.一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，包括：对视频序列进行运动估计并结合失真函数，计算P帧的原始运动矢量场中的运动矢量的联合嵌入失真，进而计算相应运动矢量的联合修改概率；根据联合修改概率，计算运动矢量水平分量的边缘修改概率与垂直分量的条件修改概率，从而将载荷嵌入到运动矢量的水平分量与垂直分量中；将嵌入载荷的运动矢量构成视频序列修改的运动矢量场，并通过编码生成视频编码比特流，完成视频隐写。2.根据权利要求1所述的一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，对视频序列进行运动估计，获得所有P帧的运动矢量，构成视频的原始运动矢量场MVt。3.根据权利要求1所述的一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，结合给定的失真函数计算P帧的原始运动矢量场MVt中的运动矢量的联合嵌入失真；其中，第t帧中(i,j)位置处运动矢量的联合嵌入失真ρi,j,t(mvi,j,t,mv'i,j,t)反映原始运动矢量mvi,j,t修改为运动矢量mv'i,j,t后造成的嵌入影响；对于P帧数目为N的视频序列，其联合嵌入失真表示为所有运动矢量的联合嵌入失真之和：其中，H、W是分别为以编码块为单位计算得到的视频序列的高、宽。4.根据权利要求3所述的一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，对运动矢量的水平分量和垂直分量作±1修改以嵌入载荷，修改的运动矢量mv'i,j,t属于候选运动矢量集合CMVi,j,t，表示为：mv'i,j,t∈CMVi,j,t＝{(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t),(mvxi,j,t-1,mvyi,j,t+1),(mvxi,j,t,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t,mvyi,j,t),(mvxi,j,t,mvyi,j,t+1),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t-1),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t),(mvxi,j,t+1,mvyi,j,t+1)}其中，mvxi,j,t、mvyi,j,t分别为运动矢量的水平分量、垂直分量。5.根据权利要求3所述的一种基于运动矢量嵌入失真分解的视频隐写方法，其特征在于，根据最大熵原则和联合嵌入失...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚远志，李林聪，张卫明，俞能海，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽,34