高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法制造技术

本发明专利技术总结现有视频信息隐藏算法并解析H·265帧内预测编码方法，提出基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法，在DST/DCT耦合系数对的嵌入系数中嵌入1比特数据，并对相应的补偿系数进行补偿，控制块内误差的传递和积累，该方法在同等嵌入量的情况下，视频效果有很大改善；提出基于纹理特征的H·265视频信息隐藏方法，通过解析图像的纹理特征，将耦合系数对和纹理特征相结合，使得参考块的所有参考像素都不会给相邻预测块传递嵌入误差，从根本上解决帧内失真漂移问题，该方法简单高效，同时适用于高超清视频和低分辨视频，在获得较高信息嵌入容量和较好视觉隐秘性能的同时，肉眼几乎无法察觉到有隐秘信息的嵌入，并且对码流的影响小。

【技术实现步骤摘要】
高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法
本专利技术涉及一种H·265视频信息高容量隐藏法，特别涉及一种高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，属于视频信息隐藏

技术介绍
近年来，随着高清、超清视频以及分辨率达4K×2K、8K×4K视频应用逐渐大规模推广应用，视频压缩技术受到了巨大挑战。此外，各种各样的数字视频应用进入了人们的日常生活，移动短视频、数字视频广播、远程监测、医学成像、便携摄影等，都已进入人们的生活。视频应用的多样化和高清化趋势对视频压缩性能提出了更高的要求。在这样的背景下，新一代高效视频编码标准H·265迅速发展。由于原始视频数据量巨大，无法将原始视频数据在网络上传输，视频应用的一项关键技术是视频编码，其目的是尽可能去除视频中的冗余成分，减少压缩编码后的数据量，H·265以优异的性能被IRU-R正式接受为国际标准，H·265视频编码标准比H.264/AVC压缩效率提高一倍。H·265采用混合编码框架，包括变换、熵编码、量化、帧内预测、帧间预测、环路滤波等模块。但几乎在各个模块都引入了新的编码技术。当今社会移动通信技术、多媒体和计算机网络等越来越普及，数字化多媒体已深入人心，常见的数字多媒体内容包括图像、声音和视频等，但强大的共享和传输工具蓬勃发展，一些隐藏信息需要通过网络存储和传输，对这些隐藏信息的非法访问、随意篡改等将导致信息出现安全性问题。信息隐藏技术是为了防止用户信息被非法使用，在互联网上信息量巨大的当下显得尤为重要，也因此受到全世界的关注。信息隐藏技术将隐藏信息嵌入到不易被引起注意的普通文件中，使得非授权者无从得知隐藏信息的存在与否。利用大众化的数字载体来传递隐藏信息，以达到保证隐藏信息安全传输的目的。信息隐藏技术已经成功运用在许多应用中，如隐蔽通信、数字内容认证、版权保护，其价值越来越高。信息隐藏是隐藏信息到介质中，如图像、视频或者音频，信息隐藏技术最早可追溯到古希腊，在当时被称为隐写术，当时的信息隐藏方式有隐形墨水、微缩摄影和信鸽以及中国古代的藏头诗等。信息隐藏学科有四大分支：隐通道、隐写、匿名、数字水印，隐写是不让计划之外的任何人知晓信息的传递事件；隐通道是利用协议或系统设计上的漏洞来传送隐藏信息的隐秘通道；数字水印是在数字作品中添加版权信息，以保护数字版权或添加认证信息，实现数字作品认证；匿名是隐藏隐秘消息的来源于传输途径，即隐秘消息的发送方或接收方或发送和接收双方。信息隐藏框架包括一个编码器、信道和解码器，形成对数据隐藏问题不同分析方法的基础，如信息理论、博弈理论分析，信息隐藏过程由一个编码器和解码器组成，载体数据信号来自图像、视频或音频。根据不同的应用，载体信号可以表示空间、时间或者变换域的信号特征，隐藏信息在嵌入之前可先进行加密以进一步提高安全性。当前H·265视频信息隐藏方法很少，现有技术的视频信息隐藏方法存在诸多不足，现有技术的难点和本专利技术解决的问题主要集中在以下方面：第一，H·265编码标准中采用了帧内预测的模块进行像素值预测，其原理就是将已编码像素作为参照像素，来预测其相邻的预测单元的像素，当隐藏信息嵌入之后，会增加或减小其像素值，并且如果当嵌入隐藏信息之后的单元块刚好作为其相邻块的参照块，那么此时会将误差传递给当前的预测块，并且依次类推，误差将一直传递下去，造成误差的无限累积，这样导致视频质量严重下降，不利于隐藏信息的嵌入，对信息的安全产生较大影响，视频主观视觉效果也无法满足要求；第二，在H·265标准视频信息容量隐藏过程中，如果在符合条件的亮度块(4×4亮度预测块和8×8亮度预测块)中仅仅嵌入信息，而不进行补偿，就会产生严重的帧内失真漂移现象，会导致误差依次传递给相邻的亮度块，最终导致视频质量严重下降，视频隐藏的安全性降低，肉眼就能察觉到有隐藏信息的嵌入；第三，在帧内预测过程中，当前参照块的最后一行或最后一列像素会作为其5个相邻亮度(分别为右上邻块、右邻块、右下邻块、下邻块和左下邻块)预测块的参照像素，所以如果这些参照像素中存在嵌入误差，那么将有可能(根据实际中所选择的帧内预测模式)将这些误差传递给这五个邻块，并且会类似的依次传递下去，产生帧内失真漂移现象，误差的传递和积累，严重降低视频质量，嵌入容量和视觉隐秘效果都很差，并且对视频流的码率影响较大；第四，现有技术视频信息隐藏算法并解析H·265帧内预测编码方法，在DST/DCT系数中进行信息嵌入会产生块内嵌入误差，并会通过帧内预测过程将误差传递到相邻亮度块，发生帧内失真漂移，影响视频的主观视觉效果，现有技术没有对相应的补偿系数进行补偿，无法控制块内误差的传递和积累，现有技术的方法繁杂低效，同时也不适用于高超清视频和低分辨视频。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术在理论上分析纹理特征对视频信息高容量隐藏的作用，基于两种纹理特征，推导出两个帧内预测模式约束条件，并且用实验验证了基于纹理特征信息隐藏算法在高超清视频应用中的可行性，通过将耦合因数对和纹理特征相结合，完全阻止块内误差的传递，完全消除帧内失真漂移现象，算法简单高效，时间复杂度低，在获得较高信息嵌入容量和较好视觉隐秘性能的同时，视频主观视觉良好，肉眼几乎无法察觉到有隐藏信息的嵌入，并且嵌入信息后的二进制码流文件增加较小，本专利技术同样适用于低分辨率视频，能够获得优异的客观性能指标以及肉眼无差别的主观视觉效果。为达到以上技术效果，本专利技术所采用的技术方案如下：高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，将DST/DCT耦合因数对与视频图像纹理特征(即帧内预测方向)相结合进行信息隐写，具体包括：一是基于H·265编码特征，解析在H·265视频码流进行部分解码后得到的量化因数中进行隐藏信息嵌入时中产生的误差，进一步分析得到整数DST和DCT因数矩阵中的耦合关系，基于耦合因数对的嵌入因数和补偿因数，提出基于耦合因数对的H·265视频信息高容量隐藏法，在信息嵌入的同时进行对应补偿，减少误差传递；二是在耦合因数对视频信息高容量隐藏法的基础上，解析图像的纹理特征，并对H·265标准中规定的帧内预测模式方向进行分析，基于图像的垂直纹理和水平纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合因数对和纹理特征相结合，完全阻断H·265亮度块内误差传递；三是提出基于纹理特征的超清视频信息高容量隐藏算法，H·265视频信息高容量隐藏法同样适用于低分辨视频；第一，基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法包括基于耦合系数对的嵌入和基于耦合系数对的提取，DST/DCT系数矩阵中存在耦合关系，可使DST/DCT矩阵中最后一行或最后一列参考像素的嵌入误差为0，在DST/DCT耦合系数对的嵌入系数中嵌入1比特数据，并对相应的补偿系数进行补偿，控制块内误差的传递和积累；第二，基于纹理特征的H·265视频信息隐藏方法包括基于纹理特征对的嵌入和基于纹理特征对的提取，在基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法的基础上，通过解析图像的纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合系数对和本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，将DST/DCT耦合因数对与视频图像纹理特征(即帧内预测方向)相结合进行信息隐写，具体包括：一是基于H·265编码特征，解析在H·265视频码流进行部分解码后得到的量化因数中进行隐藏信息嵌入时中产生的误差，进一步分析得到整数DST和DCT因数矩阵中的耦合关系，基于耦合因数对的嵌入因数和补偿因数，提出基于耦合因数对的H·265视频信息高容量隐藏法，在信息嵌入的同时进行对应补偿，减少误差传递；二是在耦合因数对视频信息高容量隐藏法的基础上，解析图像的纹理特征，并对H·265标准中规定的帧内预测模式方向进行分析，基于图像的垂直纹理和水平纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合因数对和纹理特征相结合，完全阻断H·265亮度块内误差传递；三是提出基于纹理特征的超清视频信息高容量隐藏算法，H·265视频信息高容量隐藏法同样适用于低分辨视频；/n第一，基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法包括基于耦合系数对的嵌入和基于耦合系数对的提取，DST/DCT系数矩阵中存在耦合关系，可使DST/DCT矩阵中最后一行或最后一列参考像素的嵌入误差为0，在DST/DCT耦合系数对的嵌入系数中嵌入1比特数据，并对相应的补偿系数进行补偿，控制块内误差的传递和积累；/n第二，基于纹理特征的H·265视频信息隐藏方法包括基于纹理特征对的嵌入和基于纹理特征对的提取，在基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法的基础上，通过解析图像的纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合系数对和纹理特征相结合，使得参考块的所有参考像素都不会给相邻预测块传递嵌入误差，同时适用于高超清视频和低分辨视频，在获得较高信息嵌入容量和较好视觉隐秘性能的同时，肉眼无法察觉到有隐秘信息的嵌入，并且对码流的影响小；/n基于纹理特征的嵌入流程为：发送方先将原始的H·265视频二进制码流进行部分解码后，得到量化后的DST因数或DCT因数，然后进行筛选，筛选条件是根据发送方定义的临界值，临界值越大代表当前预测块与参照块的之差越大，表明这个区域的纹理较复杂，然后判断当前亮度块的邻块是否满足约束条件一或约束条件二，如果满足，则接着向符合条件的亮度块的因数矩阵的嵌入因数嵌入1比特数据，并且在补偿因数进行补偿，消除嵌入块的最后一行或最后一列的误差，最后，所有量化DST或者DCT因数重新进行部分编码得到嵌入隐藏信息的H·265视频二进制码流；/n基于纹理特征的提取流程为：接收方接收到发送方传送过来的嵌入隐藏信息的二进制码流，先将H·265视频二进制码流进行部分解码后，得到量化后的DST因数或DCT因数，然后进行筛选，筛选的条件是根据发送方定义的临界值以及当前块邻块的帧内预测模式，并且根据发送方和接收方共同确定的嵌入因数在每个符合条件的亮度块中提取1比特隐藏信息。/n...

【技术特征摘要】
1.高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，将DST/DCT耦合因数对与视频图像纹理特征(即帧内预测方向)相结合进行信息隐写，具体包括：一是基于H·265编码特征，解析在H·265视频码流进行部分解码后得到的量化因数中进行隐藏信息嵌入时中产生的误差，进一步分析得到整数DST和DCT因数矩阵中的耦合关系，基于耦合因数对的嵌入因数和补偿因数，提出基于耦合因数对的H·265视频信息高容量隐藏法，在信息嵌入的同时进行对应补偿，减少误差传递；二是在耦合因数对视频信息高容量隐藏法的基础上，解析图像的纹理特征，并对H·265标准中规定的帧内预测模式方向进行分析，基于图像的垂直纹理和水平纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合因数对和纹理特征相结合，完全阻断H·265亮度块内误差传递；三是提出基于纹理特征的超清视频信息高容量隐藏算法，H·265视频信息高容量隐藏法同样适用于低分辨视频；
第一，基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法包括基于耦合系数对的嵌入和基于耦合系数对的提取，DST/DCT系数矩阵中存在耦合关系，可使DST/DCT矩阵中最后一行或最后一列参考像素的嵌入误差为0，在DST/DCT耦合系数对的嵌入系数中嵌入1比特数据，并对相应的补偿系数进行补偿，控制块内误差的传递和积累；
第二，基于纹理特征的H·265视频信息隐藏方法包括基于纹理特征对的嵌入和基于纹理特征对的提取，在基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法的基础上，通过解析图像的纹理特征，得到帧内预测模式约束条件一和约束条件二，将耦合系数对和纹理特征相结合，使得参考块的所有参考像素都不会给相邻预测块传递嵌入误差，同时适用于高超清视频和低分辨视频，在获得较高信息嵌入容量和较好视觉隐秘性能的同时，肉眼无法察觉到有隐秘信息的嵌入，并且对码流的影响小；
基于纹理特征的嵌入流程为：发送方先将原始的H·265视频二进制码流进行部分解码后，得到量化后的DST因数或DCT因数，然后进行筛选，筛选条件是根据发送方定义的临界值，临界值越大代表当前预测块与参照块的之差越大，表明这个区域的纹理较复杂，然后判断当前亮度块的邻块是否满足约束条件一或约束条件二，如果满足，则接着向符合条件的亮度块的因数矩阵的嵌入因数嵌入1比特数据，并且在补偿因数进行补偿，消除嵌入块的最后一行或最后一列的误差，最后，所有量化DST或者DCT因数重新进行部分编码得到嵌入隐藏信息的H·265视频二进制码流；
基于纹理特征的提取流程为：接收方接收到发送方传送过来的嵌入隐藏信息的二进制码流，先将H·265视频二进制码流进行部分解码后，得到量化后的DST因数或DCT因数，然后进行筛选，筛选的条件是根据发送方定义的临界值以及当前块邻块的帧内预测模式，并且根据发送方和接收方共同确定的嵌入因数在每个符合条件的亮度块中提取1比特隐藏信息。


2.根据权利要求1所述的高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，基于耦合因数对的H·265视频信息高容量隐藏法：利用量化变换因数矩阵中的耦合关系，通过在向耦合因数对中的嵌入因数嵌入信息的同时，并对耦合因数对中的另外一个DST因数或DCT因数进行调整，对隐藏信息嵌入引起的帧内失真漂移误差进行补偿，提升视觉隐蔽性，提高嵌入信息容量；
基于耦合系数对的H·265视频信息隐藏方法包括基于耦合系数对的嵌入和基于耦合系数对的提取。


3.根据权利要求2所述的高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，基于耦合因数对的嵌入流程为：发送方先将原始的H·265视频二进制码流进行部分解码后，得到量化后的DST因数或DCT因数，然后进行筛选，筛选条件是根据发送方定义的临界值，临界值越大代表当前预测块与参照块之差越大，表明该区域的纹理复杂，然后向符合条件的亮度块因数矩阵的特定位置嵌入1比特数据，并且在对应补偿因数的位置进行补偿，消除嵌入块的最后一行或最后一列的误差，减弱误差的传递，最后，所有的量化DST或者DCT因数重新进行部分编码得到嵌入隐藏信息的H·265视频二进制码流。


4.根据权利要求3所述的高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，基于4×4亮度块的量化DST因数嵌入方法：
流程一，判断当前帧是否是亮度I帧，如果是，则转入流程二；如果不是，则转入流程六；
流程二，获取I帧当前编码单元CU的量化DST因数、帧内预测模式、编码块深度和变换块深度，然后遍历所有的基本单元4×4，判断当前的亮度块的预测尺寸是否为4×4，如果是，转入流程三；如果不是，转入流程五；
流程三，计算当前亮度块量化因数中的最大值绝对值是否大于自定义临界值R,如果是，则转入流程四；如果不是，则转入流程五；
流程四，向对应的嵌入因数中嵌入1比特数据，并且对补偿因数进行对应调整，转入流程五；
流程五，读取下一个基本单元；
流程六，读取下一帧；
假设4×4的亮度预测块的嵌入因数为补偿因数为对H·265原始视频每个符合条件的4×4的亮度预测块的具体嵌入操作方法为：
第一，如果待嵌入的信息比特为1并且嵌入因数为偶数时，当嵌入因数大于0，则将其减1，补偿因数加1，补偿因数减1；如果嵌入因数小于等于0，则将其加1，补偿因数减1，补偿因数加1；
第二，如果待嵌入的信息比特为1并且嵌入因数为奇数时，则不改变嵌入因数和补偿因数的值；
第三，如果待嵌入的信息比特为0并且嵌入因数为奇数时，当嵌入因数大于0，则将其减1，补偿因数加1，补偿因数减1；如果嵌入因数小于等于0，则将其加1，补偿因数减1，补偿因数加1；
第四，如果待嵌入的信息比特为0并且嵌入因数为偶数时，则不改变嵌入因数和补偿因数的值。


5.根据权利要求3所述的高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，基于8×8亮度块的量化DCT因数嵌入方法：
流程1，判断当前帧是否是亮度I帧，如果是，则转流程2；如果不是，则转流程6；
流程2，获取I帧当前编码单元CU的量化DCT因数、帧内预测模式、编码块深度和变换块深度，然后遍历所有的基本单元8×8判断当前的亮度块的预测尺寸是否为8×8，如果是，转流程3；如果不是，转流程5；
流程3，计算当前亮度块量化因数中的最大值绝对值是否大于自定义临界值R,如果是，则转流程4；如果不是，则转流程5；
流程4，向对应的嵌入因数中嵌入1比特数据，并且对补偿因数进行对应的调整，转流程5；
流程5，读取下一个基本单元；
流程6，读取下一帧；
假设8×8的亮度预测块的嵌入因数为补偿因数为对H·265原始视频中每个符合条件的8×8的亮度预测块的具体嵌入操作方法为：
第一，如果待嵌入的信息比特为1并且嵌入因数为偶数时，当嵌入因数大于0，则将其减1，补偿因数加1；如果嵌入因数小于等于0，则将其加1，补偿因数减1；
第二，如果待嵌入的信息比特为1并且嵌入因数为奇数时，则不改变嵌入因数和补偿因数的值；
第三，如果待嵌入的信息比特为0并且嵌入因数为奇数时，当嵌入因数大于0，则将其减1，补偿因数加1；如果嵌入因数小于等于0，则将其加1，补偿因数减1；
第四，如果待嵌入的信息比特为0并且嵌入因数为偶数时，则不改变嵌入因数和补偿因数的值。


6.根据权利要求2所述的高效保真的H·265视频信息高容量隐藏法，其特征在于，基于耦合因数对的提取流程为：接收...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秀萍，王灿，
申请(专利权)人：荆门汇易佳信息科技有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北;42