一種基于整數(shù)dct系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息隱藏領(lǐng)域，特別涉及一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 信息技術(shù)的不斷發(fā)展給人們生活帶來了便利，但同時(shí)也帶來了信息認(rèn)證、版權(quán)保 護(hù)、秘密通信等諸多問題。信息隱藏技術(shù)可以很好地解決這些問題。它是一項(xiàng)將秘密信息 嵌入常見載體，通過隱藏秘密通信本身來達(dá)到傳遞秘密信息目的的技術(shù)。
[0003] 互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字多媒體應(yīng)用技術(shù)的日益成熟，使得音頻、圖像、視頻等多媒體信息的 傳輸和交換十分便捷。視頻信息因其直觀性、確定性和高效性等特點(diǎn)，特別是近年來網(wǎng)絡(luò)流 媒體業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，使視頻數(shù)據(jù)流逐漸成為網(wǎng)絡(luò)通信流量的重要組成部分，但也成為一 種潛在的極具威脅性的信息隱藏載體。由于視頻一般要經(jīng)過壓縮編碼后再通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳 輸，因此基于壓縮視頻流的信息隱藏研究在近年來得到了越來越多的重視，目前已有較多 相關(guān)文獻(xiàn)見諸報(bào)道?，F(xiàn)有的信息隱藏方法大致可分為以下幾類：基于幀內(nèi)預(yù)測模式調(diào)制進(jìn) 行信息隱藏的方法；基于運(yùn)動(dòng)矢量調(diào)制進(jìn)行信息隱藏的方法；基于熵編碼碼元調(diào)制進(jìn)行信 息隱藏的方法；基于整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制進(jìn)行信息隱藏的方法。
[0004] 上述的幾種信息隱藏方法存在著以下問題：幀內(nèi)預(yù)測模式調(diào)制只在I幀出現(xiàn)；運(yùn) 動(dòng)矢量調(diào)制只在有幀間估計(jì)時(shí)才能應(yīng)用；熵編碼直接修改碼流元素會(huì)引入較大的視頻失 真；而整數(shù)變換在所有類型的編碼幀中都會(huì)出現(xiàn)，載體容量大，意味著嵌入容量大，另外，基 于整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制的信息隱藏算法一般都具有復(fù)雜性低，無需重編碼，較適合實(shí)時(shí)編碼 過程，具有更廣泛的利用空間的優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有的整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制信息隱藏方法存在嵌 入效率低、引入的碼率增加量大等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制信息隱藏方法存在著 上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法，該信息隱 藏及提取方法具有較高的嵌入效率。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，所 述的信息隱藏方法包括：
[0007] 步驟1 )、構(gòu)建一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個(gè)維度有2N+1個(gè)坐標(biāo)，共 有（2N+1)N個(gè)元素，每個(gè)元素均為數(shù)值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進(jìn)制數(shù)，以任何一個(gè)元素 為中心，與其余維度上的2N個(gè)相鄰元素的數(shù)值共同構(gòu)成0至2N的連續(xù)整數(shù)；
[0008] 步驟2)、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公 式，計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的信息隱藏方法包 括： 步驟1)、構(gòu)建一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個(gè)維度有2N+1個(gè)坐標(biāo)，共有 (2N+1) N個(gè)元素,每個(gè)元素均為數(shù)值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進(jìn)制數(shù)，以任何一個(gè)元素為 中心,與其余維度上的2N個(gè)相鄰元素的數(shù)值共同構(gòu)成0至2N的連續(xù)整數(shù)； 步驟2)、在H.264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公式， 計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
其中，T是宏塊經(jīng)DCT變換后的系數(shù)矩陣，是矩陣T的元素 ，01與θ2是通過實(shí)驗(yàn) 計(jì)算得出的閾值，式中的"（iTd > Q1) ? 1:〇"表示如果ITijI > Q1成立，則取值為1，否 則取值為〇，"（|Tu| > Q1) ? |TU|:0"表示如果}1^| > Q1成立，則取值為|TU|，否則取 值為〇 ; 步驟3)、對(duì)步驟2)中得到的待嵌入宏塊通過logistic映射產(chǎn)生非周期不收斂的混沌 序列，對(duì)該混沌序列進(jìn)行整數(shù)量化后得到模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇序號(hào)選擇每個(gè)待 嵌入宏塊內(nèi)的14塊模板； 步驟4)、從步驟3)得到的每個(gè)14塊模板中選取N個(gè)量化后的非零AC系數(shù)作為一組載 體系數(shù)進(jìn)行信息嵌入，在每個(gè)待嵌入宏塊遍歷結(jié)束時(shí)不足N個(gè)的載體系數(shù)丟棄； 步驟5)、將步驟4)中獲得的一組載體系數(shù)映射到步驟1)構(gòu)建的N維2N+1階魔方矩陣 中，得到一個(gè)映射值；然后將該映射值與待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息進(jìn)行對(duì)比，如果兩 者數(shù)值相等，則不需要修改該組載體系數(shù)，否則根據(jù)以下公式調(diào)制系數(shù)，使得映射值等于待 嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息的數(shù)值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F(xiàn)表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數(shù)，Di是當(dāng)前要嵌入 的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 N維2N+1階魔方矩陣中任意元素的求值公式表示為： M (W1, W2,，· ·，Wh，Wn)=(評(píng)典+…+NWn) mod (2N+1) 其中，Μ^，W2,. .，Wn+ WN)表示N維2N+1階魔方矩陣的映射關(guān)系，W1, W2,. . .，Wn+ Wn為 N維2N+1階魔方矩陣的N個(gè)坐標(biāo)，且W1, W2,. . .，Wn+ Wn為[0, 2N]范圍內(nèi)的整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟2)包括： 步驟2-1 )、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過程中，抽取宏塊中的殘差經(jīng)整數(shù)DCT變化后 生成DCT系數(shù)的直流分量，組成一個(gè)4X4的矩陣DC ; 步驟2-2)、將步驟201)得到的矩陣DC再進(jìn)行一次DCT變換，得到一個(gè)4X4的矩陣T ; 步驟2-3)、統(tǒng)計(jì)矩陣T中的系數(shù)大于閾值h的個(gè)數(shù)，再根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì) 算公式對(duì)所有大于閾值h的系數(shù)計(jì)算獲得平均值，將該平均值作為該宏塊的平均復(fù)雜度量 化值，如果平均復(fù)雜度量化值大于閾值P，則將該宏塊選擇為待嵌入宏塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟3)包括： 步驟3-1)、確定logistic映射初值X。； 步驟3-2)、選取適當(dāng)?shù)摩讨狄詽M足3. 5699456 S μ <4,從而得到密鑰（μ，χ。）； 步驟3-3)、根據(jù)步驟3-2)得到的密鑰（μ，Χ(ι)產(chǎn)生非周期不收斂的混沌序列 (x1； X2, L, χη)； 步驟3-4)、對(duì)步驟3-3)得到的混沌序列中每個(gè)值Xk進(jìn)行0-65534整數(shù)量化后可得到 模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇序號(hào)選擇每個(gè)待嵌入宏塊內(nèi)的14塊模板，所述模板選擇序 號(hào)的計(jì)算公式表示為：
其中，yk表不模板選擇序號(hào)中的值，Lxi*65535j:表不不大于X k*65535的最大整數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟5)包括： 步驟5-1)、將步驟4)中獲得的一組載體系數(shù)通過如下映射關(guān)系映射到N維2N+1階魔 方矩陣中得到一個(gè)映射值： F (C1, c2, c3, ...，tv" cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cp1)，y (cN)) 其中，y (Ci)的計(jì)算公式表示為：
y表示一組系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣的映射函數(shù)，Ci表示載體系數(shù)； 步驟5-2)、將待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息與映射值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者數(shù)值相等， 則不需要修改該組載體系數(shù)，否則根據(jù)以下公式調(diào)制系數(shù)，使得映射值等于待嵌入的2N+1 進(jìn)制數(shù)秘密信息的數(shù)值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F(xiàn)表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數(shù)，Di是當(dāng)前要嵌入 的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息。
6. 基于權(quán)利要求1-5所述基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法所實(shí)現(xiàn)的信息提取方 法，其特征在于，所述的信息提取方法包括 ： 步驟201 )、將含有秘密信息的H. 264/AVC壓縮視頻進(jìn)行熵解碼后得到一個(gè)宏塊，根據(jù) 平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公式，計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則該宏 塊為已經(jīng)嵌入秘密信息的宏塊：
其中，T是宏塊經(jīng)DCT變換后的系數(shù)矩陣，是矩陣T的元素，01與θ2是通過實(shí)驗(yàn) 計(jì)算得出的閾值，式中的"（iTijl > Q1) ? 1 :〇"表示如ITijI > Q1成立，則取值為1，否則 取值為〇，"（|ΤυΙ > Q1) ? ITijI :〇"表示如果ITijI > G1成立，則取值為ITijI,否則取值 為〇 ; 步驟202)、對(duì)步驟201)中得到的已嵌入秘密信息的宏塊，通過logistic映射產(chǎn)生非周 期不收斂的混沌序列，對(duì)該混沌序列進(jìn)行整數(shù)量化后得到模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇 序號(hào)選擇每個(gè)14塊模板； 步驟203)、從步驟202)得到的每個(gè)14塊模板中選取N個(gè)量化后的非零AC系數(shù)作為一 組載體系數(shù)進(jìn)行信息提取，在每個(gè)已嵌入信息宏塊遍歷結(jié)束時(shí)不足N個(gè)的載體系數(shù)丟棄； 步驟204)、將步驟203)中的N個(gè)載體系數(shù)映射到N維2N+1階魔方矩陣中提取一位已 嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息，提取的計(jì)算公式表示為： Di=F (C1, c2, ...，Cp1, cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cim)，y (cN)) 其中
F表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映 射函數(shù)，Di是當(dāng)前已嵌入的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息，y表示一組系數(shù)與N維2N+1階魔方 矩陣的映射函數(shù)，Ci表示載體系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法，通過構(gòu)造一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，并將載體系數(shù)以N個(gè)為一組分別映射到該N維2N+1階魔方矩陣中得到一個(gè)映射值，將待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息與映射值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者數(shù)值相等，則不需要修改該組載體系數(shù)，如果不相等，僅需修改其中一個(gè)載體系數(shù)，即可使得映射值等于待嵌入的值，通過修改一個(gè)載體系數(shù)完成秘密信息個(gè)比特的嵌入，嵌入效率高達(dá)且由于載體系數(shù)修改率僅為1/N，計(jì)算過程簡單，提高了信息隱藏及提取的效率。
【IPC分類】H04N19-467, H04N19-176
【公開號(hào)】CN104683811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310629684
【發(fā)明人】李松斌, 付江云, 劉鵬, 戴瓊興, 鄧浩江
【申請(qǐng)人】中國科學(xué)院聲學(xué)研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月29日