[发明专利]一种基于运动矢量残差的视频隐写算法

说明书

技术领域

本发明公开了一种基于运动矢量残差的视频隐写算法，具体涉及在H.264/AVC编码标准视频序列的运动矢量残差中一种使用改进的LSB修改规则，利用自适应的矩阵编码进行秘密信息嵌入和提取的隐写算法，属于计算机领域中信息隐藏与数据安全领域。

背景技术

随着互联网信息技术的发展，信息安全得到了越来越多普通百姓、企业和政府的重视。我国也也提出了“没有网络安全就没有国家安全”的口号。信息安全主要包括四个方面：物理安全、行为安全、数据安全、内容安全。传统的信息安全领域更多的重视密码学的研究，通过对信息的加密达到实现信息安全的目的。然而加密后的信息表现出的不可理解性暴露的加密行为本身，很容易被攻击方察觉，从而被研究解密，更甚者被主动攻击，造成信息传输的中断，这给加密信息的传输造成了较大威胁。为了解决这一问题，信息隐藏技术在近几年得到了长足发展。信息隐藏技术以隐藏秘密信息为目的，避免攻击方察觉到秘密信息的存在。同时，嵌入秘密信息的文件在大众数字载体中传播，在保证内容安全的同时又保证了行为的安全，从而达到通信安全的目的。在实际使用中，将密码学与信息隐藏技术相结合，进一步提高了通信的安全性。

随着网络建设的发展，居民人均使用带宽的迅速提高，网络视频点播和视频直播服务得到了越来越多人的喜爱，数字视频技术(如数字电视、数码摄像机、视频监控录像等)也得到了长足的发展，数字视频在现实生活中的应用如视频直播、视频点播、视频通信、视频会议等也越来越普遍。视频文件容量较大，且为了保证解码的稳定和正确，往往具有冗余信息多的特点。因此，网络视频文件是信息隐写的良好载体。

由于感光设备记录的原始视频信号信息量巨大，不利于视频文件的存储于传输，因此，在视频文件存储与传输之前，要进行压缩编码，以节约存储空间及传输带宽。在当今的视频编码标准中，H.264/AVC标准是应用最广的一个，它是由是国际标准化组织(ISO)和国际电信联盟(ITU)在2003年共同提出新一代视频压缩编码标准。因为H.264标准具有其他标准无法比拟的许多优点。首先，它具备出色的压缩性能，与前一代视频压缩标准相比在同等视频质量下能将码率减小一半。同时，H.264标准的容错能力很强，提供了解决在不稳定网络环境下容易发生的丢包等错误的必要工具。最后，标准充分考虑了网络应用，具备良好的网络亲和性，使得的文件能容易地在不同网络上传输。这些特性使得H.264标准的应用变得越来越广泛。近几年，针对H.264标准视频文件的隐写术研究得到了越来越多人的重视。

H.264技术在视频压缩编码过程包含帧内预、帧间预测、变换编码等过程，其中包含宏块划分、运动估计、离散余弦变换、熵编码等技术过程。这些复杂的技术过程为秘密信息的隐写研究提供了大量的空间。H.264标准下的视频文件隐写术也成为了一种十分有前景的研究方向。综上所述，面对日益严峻的网络安全形势，以视频文件为载体，特别是以H.264标准的视频文件为载体的隐写术研究，为信息隐藏技术研究提供了新方向，在保证通信安全方面有着重要的意义。

目前，国内外研究人员已进行了大量的H.264视频隐写技术研究。这些研究充分利用了在数字水印、图片隐写技术以及早期视频标准文件隐写技术中的已有研究，并发展出了新的研究方向。目前的H.264视频隐写技术根据其隐写位置的不同可分为：前置式、内置式、后置式三种。前置式指的是发送者将秘密信息直接嵌入到原始视频流流中，形成含秘密信息的原始视频信号，然后进行视频压缩编码的方式；内置式方法指将嵌入过程与视频编码器结合发送者在视频编码过程中，同时嵌入秘密消息的方法；后置式又称为码流域视频信息隐藏算法，指发送者直接将秘密消息嵌入到压缩码流中的方法。前置式的秘密信息需经过视频压缩过程，会造成部分秘密信息丢失，不利于信息提取；后置式直接将秘密消息嵌入到压缩码流中，此种方法一般会带来较明显的视觉失真；内置式在秘密信息丢失和视觉失真方面与其他两种方式相比都有较好的表现。因此，内置式隐写方法是H.264隐写技术的合适选择。具体来说，内置式隐写方法可分为量化后的DCT系数位置直接嵌入、在运动矢量位置直接嵌入、综合利用编码模式的嵌入等嵌入方式：