專利名稱：一種以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法
技術領域：
本發(fā)明屬通信與信息安全領域，具體是基于數(shù)字混沌系統(tǒng)的MPEG-2壓縮視頻VLC域的信息隱寫方法。

背景技術：
信息隱寫技術(steganography)是信息隱藏(information hiding)的一個重要分支，其目的是將信息秘密嵌入到載體之中安全地發(fā)送出去而不引起第三方的懷疑。通常被選擇作為隱藏的載體可以是圖像、音頻、視頻、文檔、軟件等多種數(shù)字資源。數(shù)字視頻因其數(shù)據(jù)規(guī)模大，冗余程度高，應用范圍廣等特點在作為隱寫載體方面優(yōu)勢日益顯著。在視頻隱寫方法中，信息發(fā)送者可以將秘密信息嵌入到公開的視頻中，只有指定的合法接收方才能根據(jù)事先約定的密鑰提取出其中的信息，而其他人無法覺察到隱藏的秘密信息，從而實現(xiàn)秘密信息的安全傳輸。
數(shù)字視頻按照編碼格式可以分為兩類未經(jīng)壓縮的原始視頻和壓縮編碼后的視頻。目前使用最為廣泛的是運動補償型的壓縮視頻，如符合MPEG-2標準的壓縮視頻等。MPEG-2通過運動補償來減少時間域冗余和空間域冗余，對圖像塊進行DCT變換和哈夫曼編碼以實現(xiàn)數(shù)據(jù)的壓縮。經(jīng)過壓縮運算以后，視頻碼流由一系列表示內(nèi)部編碼宏塊和運動矢量等的變長編碼(VLC)構成。
原始視頻隱寫技術類似于數(shù)字圖像中的隱寫技術即空間域的和變換域中的最低有效位(LSB)信息嵌入方法。該類方法需要引入漂移補償來消除由預測帶來的漂移和誤差累計等問題。同時該類方法隱寫的信息難以抵抗MPEG壓縮操作，且對于已壓縮的載體視頻文件需要一個解碼和再編碼過程，增大了運算量，降低了方法的運行效率。
Langelaar等人2001年發(fā)表于IEEE Transactions on Image Processing的文章“Optimal Differential Energy Watermarking of DCT Encoded Images and Video”中提出的差分能量水印算法(DEW)通過移除I幀的高頻系數(shù)強制在兩相鄰區(qū)域制造出一個能量差值，用來嵌入水印位1或0。盡管算法本身具有較低的計算復雜度，但對算法參數(shù)進行選取時，優(yōu)化算法要對每幀每一頻率的DCT系數(shù)都進行模型參數(shù)估計，導致算法計算復雜度過高。
在VLC域上設計隱寫算法能夠有效避免上述不足。最早的VLC隱寫算法是圖像LSB嵌入算法的一個變種，由G.C.Langelaar在2000年提出，發(fā)表在IEEESignal Processing Magazine中的文章“Watermarking Digital Image and VideoData”中。該方法首先確定一個run值相同，而level值差為1的VLC碼的子集，稱之為標簽VLC。秘密信息比特與一個標簽VLC進行比較，如果相同，level不變；如果不同，使用秘密信息比特替代該level值的LSB(最低有效位)。在接收方能夠通過直接讀取標簽VLC的LSB來提取秘密信息。這個算法速度很快，并且已被實際應用。然而，由于標簽VLC選取規(guī)則的約束較強，僅在標簽VLC中嵌入信息并不安全，秘密信息容易被檢測，并且由于標簽VLC種類有限從而限制了算法的隱寫容量，造成載體資源的浪費。
呂俊賢等在Signal ProcessingImage Communication發(fā)表的文章“Real-timeframe-dependent video watermarking in VLCdomain”中提出了一種VLC域水印算法，根據(jù)要嵌入的具體某位水印信號，修改某一宏塊的每個(run，level)組的level值，使得該宏塊的level平均值高于或者低于全部宏塊的level平均值。該方法理論上具有較低的計算復雜度，但是魯棒性較差，同時沒有考慮到維持視頻流的原始大小的問題。
凌賀飛等人提出的ICIP2004會議中提出了DNW算法，以及在《小型微型計算機系統(tǒng)》雜志的文章《基于MPEG的實時視頻水印技術》提出了IDEW算法。通過定義能量差比率替代DEW算法中能量差，作為一比特信息的嵌入模式。同時對嵌入過程中截斷索引的選取進行了改進，減少視覺失真。該算法存在和DEW算法本質(zhì)相同的問題，即由于截斷高頻系數(shù)操作的必要性一定程度限制了算法的適用范圍。
在最近的研究中，B.G.Mobasseri等人在SPIE舉辦的Security andWatermarking of Multimedia會議上給出了一個通用的壓縮域無損嵌入框架“Watermarking in JPEG Bitstream”。該研究應用了VLC映射的原理，基于對編碼空間的設計，性能優(yōu)于簡單的LSB嵌入算法。VLC映射是基于(run，level)編碼機制提出的，這一思想已被用于JPEG數(shù)據(jù)流的嵌入算法中，但由于編碼標準的差異不能應用于MPEG-2壓縮視頻的隱寫中。原因是實驗表明B14、B15編碼中可供信息嵌入空間非常小。另一個問題是難以通告解碼方未嵌入信息的VLC。在JPEG中，可以在文件頭中包含多個哈夫曼表，以用來動態(tài)地生成不含秘密信息的VLC。而MPEG流中不能加入哈夫曼表。因此，即使有足夠的編碼空間嵌入信息，提取它們也將非常困難。
隨后B.G.Mobasseri等人在2005年的ACM Multimedia and SecurityWorkshop中的算法“Watermarking of MPEG-2 Video in Compressed DomainUsing VLC Mapping”使用了對值樹策略解決了VLC編碼中嵌入空間的局限性，但對值樹通過載體視頻參與運算來構造，即考察整個載體視頻中某兩對VLC編碼是否同時出現(xiàn)，運算量較大，隱寫算法的運算效率不高。同時該算法中接收方提取信息時需要依賴數(shù)據(jù)量較大的輔助提取密鑰，給算法的密鑰交換環(huán)節(jié)增加了負擔。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種基于數(shù)字混沌系統(tǒng)的視頻VLC域隱寫方法，該方法可以保持隱寫發(fā)生前后視頻文件大小不變。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案一種以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法，壓縮視頻信號的采樣由變長編碼VLC表示，信息嵌入過程包括下述步驟 a)為三維數(shù)字混沌系統(tǒng)設置初始密鑰，并將所生成的三個實值偽隨機序列中的任兩個序列四值化，另一個序列二值化； b)將壓縮格式的載體視頻比特流解碼為VLC碼字； c)將每幀中的塊順序編號，并根據(jù)兩個四值序列成對選取塊對； d)應用二值序列對秘密信息進行異或預處理； e)按照視頻序列幀長度平均分配預處理后的秘密信息，將分配給各幀的秘密信息比特數(shù)與c)中選取的塊對數(shù)作比較，如前者大于后者則判定該視頻無法嵌入給定的秘密信息，如前者小于后者，繼續(xù)下面的嵌入操作； f)依照ISO/IEC 13818-2標準中的VLC編碼表B14或B15，將表中VLC變長編碼按照(run，level)值和VLC碼字的碼長來分類，run值相同level值相差1的VLC碼字連接成一個新碼字，并按照該新碼字前后兩部分碼長的差別構造增/減對值樹，每個對值樹中的葉節(jié)點為兩VLC碼連接成的新碼字，且每個對值樹中的新碼字前后部分碼長差相同； g)設定視頻序列長度變化量Δ，用于監(jiān)視信息嵌入對視頻序列總長度的改變； h)對于每個秘密信息比特，將其與c)步中選取的塊對中各VLC碼level值的LSB之和做比較，如相同則繼續(xù)嵌入下一信息比特，如不相同則根據(jù)AST考察當前塊對中的最末兩個VLC，并根據(jù)長度變化量Δ的當前值判斷所需修改level值的VLC碼字； i)根據(jù)VLC碼字實際修改情況調(diào)整長度變化量Δ的數(shù)值； j)循環(huán)進行f)到i)步驟，直到嵌入所有秘密信息。
f)步驟中增/減對值樹的構造方法為遍歷ISO/IEC 13818-2標準VLC編碼表B14或B15中各VLC碼字，求取經(jīng)變長解碼VLD操作后對應run取值相等而level取值相差為1的各VLC碼字對的碼長差值，根據(jù)該差值將所有VLC碼字對分組，并保證相同差值的碼字對在同一組中，對各個碼字對，根據(jù)求差運算中的相應前后位置將兩個碼字分別相連，構成新的VLC碼字，由于原始VLC編碼的非前綴性，能夠保證新碼字的唯一性，各組新碼字用一個增/減對值樹數(shù)據(jù)結構表示，其中新碼字為對值樹的一個葉節(jié)點。
g)、h)和i)步驟中序列長度變化量Δ的設定與調(diào)整方法為該變化量Δ的初始值設定為0，當每完成一次如i)步驟的嵌入操作后，計算當前視頻碼流長度改變，并更新變化量Δ的數(shù)值，Δ同時起到輔助指導信息嵌入的作用，當A＞0時，需要在所有的減對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字，而當Δ＜0時，需要在所有的增對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字。
在接收方，信息提取的過程為 a)將載密視頻序列解碼成VLC碼字； b)應用前述相同的方法和初始密鑰生成三個混沌隨機序列，并選取出載密的塊對； c)計算載密塊對中全部VLC碼字level值LSB的和，提取為加密后的秘密信息； 使用二值序列與加密后的秘密信息逐比特異或，得到秘密信息。
本發(fā)明根據(jù)MPEG-2標準中的VLC編碼表構建了多組不同的VLC對值樹，同時應用加擾的三維混沌映射產(chǎn)生偽隨機數(shù)序列，實現(xiàn)對待嵌入秘密信息的調(diào)制和對載體MPEG視頻文件幀內(nèi)編碼塊中AC系數(shù)的選取。在隱寫過程中將設定一個變量來度量視頻文件大小當前的改變量，當變量為正或為負時，對應選取減對值樹或增對值樹來指導后續(xù)的嵌入操作，從而實現(xiàn)原始載體視頻的大小的動態(tài)保持。同時，嵌入和提取操作全在VLC域中進行，能夠滿足實時要求。信息的提取操作簡單，且不需要傳送額外的輔助提取信息。



圖1為本發(fā)明信息隱寫和提取過程示意圖； 圖2為宏塊編碼框圖； 圖3a、3b分別為信號mi的加密和解密過程示意圖； 圖4為混沌序列加密流程圖； 圖5a、5b分別為加密前的明文內(nèi)容和加密后的結果示意圖； 圖6為TA3中的一個葉子節(jié)點 圖7a、7b分別為Mobile第1幀隱寫前后對比的示意圖； 圖8為MPEG2視頻序列Mobile隱寫后的PSNR； 圖9為順序嵌入秘密信息后視頻序列幀間相關性發(fā)生變化的示意圖； 圖10為用本發(fā)明方法嵌入秘密信息后視頻序列的幀間相關性示意圖。

具體實施例方式 本發(fā)明提供的以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法，壓縮視頻信號的采樣由變長編碼VLC表示，信息嵌入過程包括下述步驟 k)為三維數(shù)字混沌系統(tǒng)設置初始密鑰，并將所生成的三個實值偽隨機序列中的任兩個序列四值化，另一個序列二值化； l)將壓縮格式的載體視頻比特流解碼為VLC碼字； m)將每幀中的塊順序編號，并根據(jù)兩個四值序列成對選取塊對； n)應用二值序列對秘密信息進行異或預處理； o)按照視頻序列幀長度平均分配預處理后的秘密信息，將分配給各幀的秘密信息比特數(shù)與c)中選取的塊對數(shù)作比較，如前者大于后者則判定該視頻無法嵌入給定的秘密信息，如前者小于后者，繼續(xù)下面的嵌入操作； p)依照ISO/IEC 13818-2標準中的VLC編碼表B14或B15，將表中VLC變長編碼按照(run，level)值和VLC碼字的碼長來分類，run值相同level值相差1的VLC碼字連接成一個新碼字，并按照該新碼字前后兩部分碼長的差別構造增/減對值樹，每個對值樹中的葉節(jié)點為兩VLC碼連接成的新碼字，且每個對值樹中的新碼字前后部分碼長差相同； q)設定視頻序列長度變化量Δ，用于監(jiān)視信息嵌入對視頻序列總長度的改變； r)對于每個秘密信息比特，將其與c)步中選取的塊對中各VLC碼level值的LSB之和做比較，如相同則繼續(xù)嵌入下一信息比特，如不相同則根據(jù)AST考察當前塊對中的最末兩個VLC，并根據(jù)長度變化量Δ的當前值判斷所需修改level值的VLC碼字； s)根據(jù)VLC碼字實際修改情況調(diào)整長度變化量Δ的數(shù)值； t)循環(huán)進行f)到i)步驟，直到嵌入所有秘密信息。
f)步驟中增/減對值樹的構造方法為遍歷ISO/IEC 13818-2標準VLC編碼表B14或B15中各VLC碼字，求取經(jīng)變長解碼VLD操作后對應run取值相等而level取值相差為1的各VLC碼字對的碼長差值，根據(jù)該差值將所有VLC碼字對分組，并保證相同差值的碼字對在同一組中，對各個碼字對，根據(jù)求差運算中的相應前后位置將兩個碼字分別相連，構成新的VLC碼字，由于原始VLC編碼的非前綴性，能夠保證新碼字的唯一性，各組新碼字用一個增/減對值樹數(shù)據(jù)結構表示，其中新碼字為對值樹的一個葉節(jié)點。
g)、h)和i)步驟中序列長度變化量Δ的設定與調(diào)整方法為該變化量Δ的初始值設定為0，當每完成一次如i)步驟的嵌入操作后，計算當前視頻碼流長度改變，并更新變化量Δ的數(shù)值，Δ同時起到輔助指導信息嵌入的作用，當Δ＞0時，需要在所有的減對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字，而當Δ＜0時，需要在所有的增對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字。
在接收方，信息提取的過程為 d)將載密視頻序列解碼成VLC碼字； e)應用前述相同的方法和初始密鑰生成三個混沌隨機序列，并選取出載密的塊對； f)計算載密塊對中全部VLC碼字level值LSB的和，提取為加密后的秘密信息； 使用二值序列與加密后的秘密信息逐比特異或，得到秘密信息。
下面針對以上隱寫方法的幾個要點進行詳述 1、AST隱寫方法思想 MPEG2是得到廣泛應用的視頻壓縮編碼標準，數(shù)字電視、DVD都采用了MPEG2標準，以MPEG2視頻為隱寫載體具有較好的實用前景。由于視頻通常以每秒25幀(PAL制式)的速度進行回放，即使是經(jīng)過了MPEG2壓縮編碼的視頻，仍然存在很大的冗余，這也正是以壓縮視頻為載體進行信息隱藏的基礎。
在MPEG2壓縮視頻中，宏塊是基本的編碼單元，根據(jù)預測類型的不同，其又可以分為幀內(nèi)宏塊和非幀內(nèi)宏塊兩類，經(jīng)過的編碼過程如圖1所示。從圖中可見，根據(jù)編碼過程中是否采用過差分編碼可以將宏塊中的數(shù)據(jù)分為兩種類型采用過差分編碼的系數(shù)，如運動矢量、幀內(nèi)宏塊中的DC系數(shù)；沒有經(jīng)過差分編碼的系數(shù)，如幀內(nèi)宏塊中的AC系數(shù)以及非幀內(nèi)宏塊中的DC系數(shù)和AC系數(shù)。
對采用過差分編碼的系數(shù)，隱寫時往往需要采用補償技術以避免誤差的積累；而沒有經(jīng)過差分編碼的系數(shù)在壓縮視頻中大量存在，這些系數(shù)在進行變長解碼后，均以(run，level)對的形式出現(xiàn)，run值代表當前非零DCT系數(shù)在zigzag排序中之前的0值系數(shù)的數(shù)目，level值就是量化后的DCT系數(shù)。顯然，當選取(run，level)對作為信息嵌入位置時，只有l(wèi)evel值是能夠被改變的。因為基于MPEG編碼標準，如果一個run值被改變了，即意味著在zigzag排列中該系數(shù)之前的0值DCT系數(shù)的數(shù)目發(fā)生了變化，從而導致將DCT系數(shù)轉(zhuǎn)換為空域數(shù)據(jù)時發(fā)生偏移，得到面目全非的視頻圖像。而當只有l(wèi)evel值發(fā)生變化的時候，DCT系數(shù)位置不變，實際變化只發(fā)生在其取值的幅度上，由于信息嵌入而引發(fā)的對視頻圖像影響只可能是可控的降質(zhì)。因此在VLC域隱寫中將修改level值而不去修改run值。
在AST方法中，依據(jù)混沌偽隨機序列選取兩個8×8系數(shù)塊實施信息的嵌入。為了提高信息的安全性，將選取8×8系數(shù)塊中最末AC系數(shù)作為修改對象。以兩個8×8系數(shù)塊中最末AC系數(shù)的相應level值之和為偶數(shù)時代表嵌入信息比特0，而當level值之和為奇數(shù)時代表嵌入信息比特1。如當前所選兩系數(shù)塊和待嵌入信息比特的關系滿足上述約定，則當前信息比特的嵌入已完成，無需做任何修改；如當前所選兩系數(shù)塊和待嵌入信息比特的關系不滿足上述約定時，根據(jù)當前視頻文件變化量選取合適的增/減對值樹，以對載體文件大小改變最小為原則完成兩系數(shù)塊中一個塊最末AC系數(shù)level值的修改。
2混沌偽隨機數(shù)發(fā)生器 本發(fā)明中的偽隨機數(shù)發(fā)生器應用了張士杰、劉鑌、劉粉林等在《計算機應用研究》2006年第2期發(fā)表的《一種新的數(shù)字化三維Baker映射擾動方案》一文中給出的三維Baker映射擾動方案。該方案能夠克服混沌系統(tǒng)在計算機和數(shù)字設備中實現(xiàn)時發(fā)生的有限動力學特性退化問題，從而產(chǎn)生三組序列周期的長度滿足實用要求的0-1偽隨機二值序列。
該數(shù)字混沌系統(tǒng)運行的平臺為安裝了Windows操作系統(tǒng)的32位字長的普通PC機，并在雙精度浮點算法下實現(xiàn)。
取k＝t＝4，wi＝hj＝0.25，aij＝wihj＝1/16，Lij＝Wi×hj+Hj。補償前三維Baker映射方程如下
不失一般性，實現(xiàn)時可以任意選擇一個區(qū)間，如m＝n＝2且e1＝e2＝0.2468123。這種加入擾動后的三維Baker映射

φ(z))形式如下
φ(z)＝φ(z) (保持不變)(6) 為了便于加密算法的實現(xiàn)，有時需要將混沌映射的軌跡轉(zhuǎn)化為不同類型的混沌偽隨機序列。其中二值序列可以通過定義一個閾值函數(shù)Γ得到 其中，T為根據(jù)所選混沌系統(tǒng)的取值范圍等設定的閾值。二值混沌序列可表示為{Γ(xk)，k＝0，1，2，…}。本方案中的T設定為0.5。與二值序列產(chǎn)生方法類似，要產(chǎn)生四值需事先設定三個閾值。本方案中將選取0.25，0.5，0.75。
3、秘密信息預處理 應用偽隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的偽隨機序列對秘密信息序列進行異或調(diào)制，得到0-1統(tǒng)計特性均勻信息，提高秘密信息的安全性。
加密算法可表示為 解密算法可表示為 4、增/減對值樹構造 應用增減對值樹是AST方法在保持MPEG-2壓縮視頻大小不變情況下能夠自動完成信息嵌入操作的關鍵。信息嵌入將導致VLC編碼發(fā)生改變，將變化前后的VLC碼稱為一個對值，并將兩個VLC碼串連為一個碼字，作為樹狀數(shù)據(jù)結構的葉子節(jié)點。該樹狀數(shù)據(jù)結構成為對值樹，如信息嵌入將導致VLC編碼長度變長，則為增對值樹；反之，為減對值樹。具體的對值樹構造方式如下 在MPEG-2壓縮過程中，變長編碼操作是基于標準的VLC表進行查表替換完成的，即ISO/IEC 13818-2標準中的表B14或表B15。設VLC編碼表中有N個編碼 V＝{v1，v2，…vN}(7) 其中vi是第i長li的VLC編碼，i＜j那么li＜lj。對vi進行嵌入操作即為對vi的一個或多個比特進行翻轉(zhuǎn)。例如，改變vi的第k位，得到 如果vik超出了編碼空間，則解碼器將能夠識別出載密的VLC。因此在使用了哈夫曼編碼的壓縮視頻碼流中嵌入信息不能簡單套用LSB嵌入的思想。隨意的修改(vi的映射)會產(chǎn)生不合法的VLC或者違反前綴條件。
通常被使用的MPEG-2的VLC表為表B14，其中包含113個VLC(符號位不計)。VLC編碼中run值相同而level值不同時將會具有不同的編碼長度。通過代碼長度的變化我們可以把VLC編碼分成多個level的值增加或減少1的集合。因此，我們通過對原始VLC配對得到一個擴展的編碼空間 U＝{uij}，i，j∈1，…，N(9) 其中，uij＝{vi，vj}，i≠j。len(vi-vj)可以表示編碼長度的變化。
在對值樹中，葉子節(jié)點與VLC編碼中的VLC對值相關聯(lián)。如果前者的VLC碼短于后者，則稱該集合為增集合，由該集合產(chǎn)生的樹為增樹。如果len(vi-vj)＝n，那么該增樹可以被定義為TAn。當n＝0時，定義該樹為T0。相應的減值樹可以用相同的規(guī)則予以定義。
表1給出了在TA3中一些葉子節(jié)點的例子。在每一行，通過不同的(run，level)對，level的值差1來定義相應的VLC碼，兩個VLC編碼長度的改變?yōu)?。根據(jù)所有的葉子節(jié)點，增值樹可以被相應的建立。圖6顯示了TA3中一個葉子節(jié)點的示例。
表1.TA3樹中幾個VLC對值節(jié)點的實例
5、嵌入動作判決 為了保證視頻數(shù)據(jù)率的不變，本發(fā)明引入一個補償值Δ，Δ的值用來度量當前視頻數(shù)據(jù)長度的變化。在嵌入過程中，通過Δ的指導，可以相應地選擇適當?shù)脑?值樹。當要嵌入信息mi時，使用兩個混沌偽隨機序列選定塊b1i和b2i，將mi與塊b1i和b2i所含VLC中l(wèi)evel值之和的LSB做比較。如果相等，則兩個VLC碼的level值不發(fā)生改變。如果不等，分別取得兩個塊中最末端的VLC碼。由于VLC碼具有非前綴的特性，因而它們會唯一地在相應的增/減值樹中被匹配到。如果Δ＞0，搜索相應的T0和增樹；而如果Δ＜0，則T0和相應的減樹將會被搜索。在兩個VLC編碼在增/減樹中都被找到以后，就可以對長度的變化值進行比較，依據(jù)保持載體視頻數(shù)據(jù)大小的原則，變化值較小的那個操作將會被執(zhí)行。在這種機制下信息的嵌入過程將會完成并且視頻數(shù)據(jù)的變化將會被限制在小于一個VLC碼字長度的范圍內(nèi)。
相應的信息的提取過程較為簡單。在密鑰和偽隨機序列的控制下，解碼器將會產(chǎn)生相同的偽隨機序列。計算已經(jīng)選擇的兩個塊中所有VLC碼Level值和的LSB，并利用第三個序列進行解調(diào)從而獲得信息。
6實驗結果 利用Mobile(32幀)和Football(99幀)等標準視頻測試序列來進行實驗，這些視頻序列的圖像大小均為720×486，色度格式為YCrCb 4:2:2。首先采用標準視頻編解碼系統(tǒng)TM5將上述序列壓縮為每秒25幀、10Mbps碼率的MPEG2視頻文件，然后以這些MPEG2視頻為載體進行隱寫實驗。嵌入的信息可以為任意格式的數(shù)據(jù)，在隱秘MPEG2視頻未受攻擊的情況下嵌入信息可以被完整無誤的提取出來。表2給出了嵌入容量的實驗結果。圖7給出了信息嵌入前后Mobile序列第1幀圖像，無明顯的視覺差異。圖8給出了Mobile隱寫后的PSNR值，可見信息隱寫引起的圖像降質(zhì)被限定在可接受的范圍內(nèi)。圖9為對視頻序列采取順序嵌入信息導致幀間相關度變化的情況。從圖10可見，本隱寫方法在各幀中平均分配秘密信息比特，從而使得原視頻的幀間相關性基本保持不變。
表2 AST隱寫的隱藏容量
權利要求
1.一種以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法，其特征在于，壓縮視頻信號的采樣由變長編碼VLC表示，信息嵌入過程包括下述步驟
a)為三維數(shù)字混沌系統(tǒng)設置初始密鑰，并將所生成的三個實值偽隨機序列中的任兩個序列四值化，另一個序列二值化；
b)將壓縮格式的載體視頻比特流解碼為VLC碼字；
c)將每幀中的塊順序編號，并根據(jù)兩個四值序列成對選取塊對；
d)應用二值序列對秘密信息進行異或預處理；
e)按照視頻序列幀長度平均分配預處理后的秘密信息，將分配給各幀的秘密信息比特數(shù)與c)中選取的塊對數(shù)作比較，如前者大于后者則判定該視頻無法嵌入給定的秘密信息，如前者小于后者，繼續(xù)下面的嵌入操作；
f)依照ISO/IEC 13818-2標準中的VLC編碼表B14或B15，將表中VLC變長編碼按照(run，level)值和VLC碼字的碼長來分類，run值相同level值相差1的VLC碼字連接成一個新碼字，并按照該新碼字前后兩部分碼長的差別構造增/減對值樹，每個對值樹中的葉節(jié)點為兩VLC碼連接成的新碼字，且每個對值樹中的新碼字前后部分碼長差相同；
g)設定視頻序列長度變化量Δ，用于監(jiān)視信息嵌入對視頻序列總長度的改變；
h)對于每個秘密信息比特，將其與c)步中選取的塊對中各VLC碼level值的LSB之和做比較，如相同則繼續(xù)嵌入下一信息比特，如不相同則根據(jù)AST考察當前塊對中的最末兩個VLC，并根據(jù)長度變化量Δ的當前值判斷所需修改level值的VLC碼字；
i)根據(jù)VLC碼字實際修改情況調(diào)整長度變化量Δ的數(shù)值；
j)循環(huán)進行f)到i)步驟，直到嵌入所有秘密信息。
2.如權利要求1所述的以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法，其特征在于，f)步驟中增/減對值樹的構造方法為遍歷ISO/IEC 13818-2標準VLC編碼表B14或B15中各VLC碼字，求取經(jīng)變長解碼VLD操作后對應run取值相等而level取值相差為1的各VLC碼字對的碼長差值，根據(jù)該差值將所有VLC碼字對分組，并保證相同差值的碼字對在同一組中，對各個碼字對，根據(jù)求差運算中的相應前后位置將兩個碼字分別相連，構成新的VLC碼字，由于原始VLC編碼的非前綴性，能夠保證新碼字的唯一性，各組新碼字用一個增/減對值樹數(shù)據(jù)結構表示，其中新碼字為對值樹的一個葉節(jié)點。
3.如權利要求1所述的以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法，其特征在于，g)、h)和i)步驟中序列長度變化量Δ的設定與調(diào)整方法為該變化量Δ的初始值設定為0，當每完成一次如i)步驟的嵌入操作后，計算當前視頻碼流長度改變，并更新變化量Δ的數(shù)值，Δ同時起到輔助指導信息嵌入的作用，當Δ＞0時，需要在所有的減對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字，而當Δ＜0時，需要在所有的增對值樹中匹配當前需修改的VLC碼字。
全文摘要
本發(fā)明屬于通信與信息安全領域中以壓縮視頻為載體的信息隱寫方法。該方法的特色在于實現(xiàn)過程中使用ISO/IEC 13818-2標準中的VLC編碼表事先構造一組增/減對值樹AST，在信息隱寫時選用AST中的某個葉節(jié)點來自動指導嵌入方法的操作，從而可使得壓縮視頻文件大小在信息嵌入前后不發(fā)生明顯變化，保證了視頻隱寫方法的透明性。該方法中的信息嵌入和提取操作完全在VLC域中進行，從而避免了針對壓縮視頻流的解碼和再編碼過程，能夠滿足視頻隱寫方法的實時要求。
文檔編號H04N7/50GK101610405SQ20081005009
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月20日 優(yōu)先權日2008年6月20日
發(fā)明者鑌 劉, 劉粉林, 孫怡峰, 羅向陽, 萍 汪 申請人:鑌 劉