一種基于視頻隱寫(xiě)的空間數(shù)據(jù)雙協(xié)議傳輸方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及空間數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)，特別是一種基于視頻隱寫(xiě)技術(shù)的空間數(shù)據(jù)雙 協(xié)議傳輸方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 視頻隱寫(xiě)技術(shù)是隨著信號(hào)處理、應(yīng)用數(shù)學(xué)、密碼技術(shù)、通信技術(shù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展 而迅速發(fā)展起來(lái)的一種新型信息安全保障技術(shù)。與空間數(shù)據(jù)相結(jié)合，將空間數(shù)據(jù)秘密隱藏 于普通的視頻等多媒體文件中進(jìn)行傳輸，能夠確保空間數(shù)據(jù)的安全使用、保障空間數(shù)據(jù)的 安全傳送。與空間數(shù)據(jù)加密相比，視頻隱寫(xiě)技術(shù)技術(shù)不僅隱藏了空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容，而且隱藏 了空間數(shù)據(jù)的存在。視頻隱寫(xiě)技術(shù)技術(shù)在保障空間數(shù)據(jù)安全傳輸方面具有更大的優(yōu)勢(shì)。
[0003] 當(dāng)前視頻隱寫(xiě)技術(shù)主要集中在隱寫(xiě)算法的研究，對(duì)傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù) 丟包問(wèn)題研究較少。而在傳輸過(guò)程中，空間數(shù)據(jù)的丟失勢(shì)必會(huì)影響其可用性，比如位置 的識(shí)別、可視化、推演等皆W空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)。通常，視頻文件通過(guò)UDP扣ser化tagram Protocol,用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議）進(jìn)行傳輸。但遇到網(wǎng)絡(luò)擁塞時(shí)，該協(xié)議會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的丟包現(xiàn) 象。如果丟失的數(shù)據(jù)包中隱藏有空間數(shù)據(jù)，則會(huì)造成接收端收到的空間數(shù)據(jù)不完整而不可 用。因此，在基于視頻隱寫(xiě)的空間數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)中，為保證空間數(shù)據(jù)的可用性，必須保證空 間數(shù)據(jù)完整性，必須解決空間數(shù)據(jù)傳輸丟包問(wèn)題。
[0004] 為了避免空間數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中丟失，保證空間數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的完整性及可 用性，促進(jìn)空間數(shù)據(jù)安全技術(shù)的發(fā)展和信息隱藏技術(shù)的應(yīng)用，而提供如何解決基于視頻隱 寫(xiě)的空間數(shù)據(jù)雙協(xié)議傳輸方法是完全必要的，但至今未見(jiàn)有相關(guān)技術(shù)的公開(kāi)報(bào)導(dǎo)。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)〇化]針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種基于視頻隱 寫(xiě)的空間數(shù)據(jù)雙協(xié)議傳輸方法，可有效解決保證隱藏在視頻中的空間數(shù)據(jù)的完整性，防止 空間數(shù)據(jù)丟失的問(wèn)題。
[0006] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，采用具有良好網(wǎng)絡(luò)適配能力的H. 264視頻作為隱藏空 間數(shù)據(jù)的載體，采用基于DCT系數(shù)的H. 264視頻隱寫(xiě)算法，提高空間數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安 全性，利用語(yǔ)法解析器和復(fù)用器將含有空間數(shù)據(jù)的宏塊和不含空間數(shù)據(jù)的宏塊分離，分別 用TCP和UDP傳輸，避免空間數(shù)據(jù)的丟失，提高空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)安全傳輸效率，具體包括W 下步驟：①空間數(shù)據(jù)嵌入和視頻讀取、②數(shù)據(jù)分離、③數(shù)據(jù)傳輸、④數(shù)據(jù)聚合、⑥空間數(shù)據(jù)提 取，經(jīng)解碼，得到原始視頻文件。
[0007] 本發(fā)明雙協(xié)議傳輸是TCP(TransmissionControlProtocol,中文名稱是傳輸控 制協(xié)議）和UDP(User化tagramProtocol的簡(jiǎn)稱，中文名稱是用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議）結(jié)合進(jìn)行 傳輸，與一般視頻文件的傳輸相比，增加了TCP的使用。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明在利用視 頻隱寫(xiě)技術(shù)安全性高、容量大的特點(diǎn)的同時(shí)，結(jié)合TCP傳輸?shù)闹貍鳈C(jī)制，解決了傳輸過(guò)程中 空間數(shù)據(jù)丟失問(wèn)題，保證了空間數(shù)據(jù)的安全性和完整性，防止了空間數(shù)據(jù)傳輸中的丟失，具 有很強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值。
【附圖說(shuō)明】
[000引圖1為本發(fā)明的流程圖。
[0009] 圖2為本發(fā)明TCP分段示意圖。
[0010] 圖3為本發(fā)明算法與UDP傳輸、TCP傳輸方法結(jié)果對(duì)比圖。
[0011] 圖4為本發(fā)明隱藏前和提取后柵格地圖數(shù)據(jù)DCT系數(shù)對(duì)比圖。
[0012] 圖5為本發(fā)明傳輸時(shí)間與數(shù)據(jù)大小關(guān)系圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]W下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說(shuō)明。
[0014] 由圖1給出，本發(fā)明在具體實(shí)施中，包括W下步驟：
[0015](1)、空間數(shù)據(jù)嵌入和視頻讀?。鹤x取原始視頻文件數(shù)據(jù)，并對(duì)原始視頻文件數(shù)據(jù) 進(jìn)行壓縮編碼，提取運(yùn)動(dòng)向量及變化差值，然后，用基于DCT系數(shù)的H. 264視頻隱寫(xiě)算法嵌 入空間數(shù)據(jù)，并對(duì)空間數(shù)據(jù)進(jìn)行隱藏，由視頻源濾波器讀取嵌入空間數(shù)據(jù)后的H. 264視頻 文件，并把數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)絡(luò)仿真連接器（如aWetConnector);
[0016](2)、數(shù)據(jù)分離：利用語(yǔ)法分析器通過(guò)網(wǎng)絡(luò)仿真器（如al化t)鏈接app_fdspvideo. CPP文件來(lái)啟動(dòng)，在傳輸前，語(yǔ)法分析器分析視頻比特流，并把網(wǎng)絡(luò)抽象層面（NAL^twork AbstractLayer)單元的起始地址、長(zhǎng)度、類型的語(yǔ)法信息發(fā)送給復(fù)用器（Multiplexer, 簡(jiǎn)稱MUX)，利用語(yǔ)法分析器將含有空間數(shù)據(jù)的DCT(離散余弦變換，DiscreteCosine Transform)塊和視頻頭文件從視頻中分離出來(lái)，分離為空間數(shù)據(jù)、SPS(序列參數(shù)集， SequenceParameterSets)/PPS(圖像參數(shù)集，Pic1:ureParameterSets)、片頭和余數(shù) 據(jù)，復(fù)用器（MU訝利用存儲(chǔ)的語(yǔ)法信息判斷實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（RTP，Real-time化ansport Protocol)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)是否為空間數(shù)據(jù)塊和重要參數(shù)，當(dāng)為空間數(shù)據(jù)塊和重要參數(shù)，貝U 發(fā)送到傳輸控制協(xié)議（TC巧通道，否則送給用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議OJD巧通道；
[0017](3)、數(shù)據(jù)傳輸：傳輸控制協(xié)議是面向流的協(xié)議，傳輸控制協(xié)議（TC巧包中的數(shù)據(jù) 被當(dāng)作有順序的比特流，傳輸控制協(xié)議（TCP)不保留信息邊界，使用如aWetConnector將 RTP數(shù)據(jù)分包，分為數(shù)據(jù)段； 陽(yáng)0化](4)、數(shù)據(jù)聚合：在接收端，用解復(fù)用器值EMUX，Demultiplexer)首先檢查UDP通道 和延遲的RTP數(shù)據(jù)包的時(shí)間戳，如果一個(gè)RTP數(shù)據(jù)包按時(shí)到達(dá)，就把該數(shù)據(jù)包和TCP通道中 的RTP數(shù)據(jù)包合并，DEMUX負(fù)責(zé)合并準(zhǔn)時(shí)的RTP數(shù)據(jù)包，并形成完整的視頻文件，標(biāo)準(zhǔn)的UDP 頭不包含長(zhǎng)度信息，因此UDP數(shù)據(jù)包的長(zhǎng)度信息需要TCP段重組后才能獲取，接收端判斷當(dāng) 前TCP段中的RTP數(shù)據(jù)包頭是否完整，當(dāng)RTP包頭完整時(shí)，就能根據(jù)包頭中的RTP長(zhǎng)度信息 判斷RTP數(shù)據(jù)是否完整；當(dāng)完整，則與UDP數(shù)據(jù)包合并；當(dāng)不完整，則等待下一個(gè)TCP段；
[0019] 巧）、空間數(shù)據(jù)提?。簩?duì)接收到的視頻流進(jìn)行解碼和空間數(shù)據(jù)的提取，方法是，空間 數(shù)據(jù)的提取是在數(shù)據(jù)聚合后及視頻解碼過(guò)程中進(jìn)行，在視頻寫(xiě)入濾波器把解碼帖數(shù)據(jù)寫(xiě)為 初始視頻文件后，根據(jù)隱藏算法的逆運(yùn)算提取含密宏塊中的空間數(shù)據(jù)，經(jīng)解碼，得到原始視 頻文件。
[0020] 步驟（1)所述的用基于DCT系數(shù)的H. 264視頻隱寫(xiě)算法嵌入空間數(shù)據(jù)，方法是，將 視頻圖像分解為4X4的子塊，并對(duì)運(yùn)些子塊分別進(jìn)行DCT變換，使圖像處于不同的頻率狀 態(tài)，設(shè)圖像子塊為f(X，y)，DCT變換的高頻部分為F(U，V)，低頻部分為F(0, 0)，二維DCT變 換公式如下：
[0021]
[0022]
[0023] 其中，4X4整數(shù)變換中N的值取4,公式中X和y指像素在空間域（對(duì)應(yīng)一維的時(shí) 間域）的坐標(biāo)，U和V指基函數(shù)頻率域中的坐標(biāo)，X，y，U，V的取值范圍都是0-3。在視頻解 碼的過(guò)程中，需要對(duì)圖像進(jìn)行反DCT變換，即IDCT，二維IDCT公式如下：
[0024]
[0025]圖像細(xì)節(jié)集中在低頻DCT系數(shù)中，而高頻系數(shù)對(duì)圖像幾乎沒(méi)有影響，舍棄高頻系 數(shù)，保留剩余的系數(shù)進(jìn)行量化，將空間數(shù)據(jù)與DCT系數(shù)的最不重要位進(jìn)行替換，來(lái)實(shí)現(xiàn)空間 數(shù)據(jù)的隱寫(xiě)，在數(shù)據(jù)提取階段，對(duì)每個(gè)視頻圖像進(jìn)行反DCT變換，進(jìn)而提取空間數(shù)據(jù)。
[0026] 由上述可^看出，本發(fā)明雙協(xié)議傳輸是TCP(TransmissionControlProtocol)和 UDP結(jié)合進(jìn)行傳輸，與一般視頻文件的傳輸相比，增加了TCP的使用，在利用視頻隱寫(xiě)技術(shù) 安全性高、容量大的特點(diǎn)的同時(shí)，結(jié)合TCP傳輸?shù)闹貍鳈C(jī)制，解決了傳輸過(guò)程中空間數(shù)據(jù)丟 失問(wèn)題，保證了空間數(shù)據(jù)的安全性和完整性。
[0027] 采用具有良好網(wǎng)絡(luò)適配能力H. 264視頻作為隱藏空間數(shù)據(jù)的載體，采取常用的基 于DCT系數(shù)的H. 264視頻隱寫(xiě)算法，提高了空間數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全性，利用語(yǔ)法解析 器和復(fù)用器將含有空間數(shù)據(jù)的宏塊和不含空間數(shù)據(jù)的宏塊分離，分別用TCP和UDP傳輸，避 免空間數(shù)據(jù)的丟失，提高了空間數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)安全傳輸效率，空間數(shù)據(jù)雙協(xié)議傳輸方法適用 于一般的視頻壓縮域隱寫(xiě)算法。 W28] 與傳統(tǒng)基于視頻隱寫(xiě)的空間數(shù)據(jù)傳輸方法的區(qū)別主要體現(xiàn)在引入了DirectShow(流媒體處理開(kāi)發(fā)包）模塊和如alNet模塊，來(lái)進(jìn)行傳輸前后視頻文件的讀取、 寫(xiě)入，W及視頻數(shù)據(jù)的分包。圖1給出了含空間數(shù)據(jù)的視頻分包示意圖，按照H. 264基本分 包方法，我們對(duì)隱藏空間數(shù)據(jù)后的NAL單元進(jìn)行分包，稱攜帶空間數(shù)據(jù)的NAL單元為SNAL 單元。如果一個(gè)SNAL單元的尺寸小于或等于MTU(最大傳輸單元，MaximumTransmisstion 化it)，則一個(gè)RTP包能裝下一個(gè)SNAL單元。如果SNAL單元的尺寸大于MTU尺寸，則需要 把SNAL單元分割然后放到多個(gè)RTP包中。當(dāng)SNAL單元很小時(shí)，該方法支持SNAL單元的聚 合。比如，SPS和PPS只含有幾個(gè)字節(jié)，它們可W和其它的SNAL單元放到同一個(gè)RTP包中 來(lái)減少頭部的負(fù)擔(dān)。
[0029] 明顯區(qū)別于W往的視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)，比264對(duì)DCT變換進(jìn)行了改進(jìn)，采用了更小的 4X4整數(shù)離散余弦值CT)變換，計(jì)算速度快，運(yùn)算復(fù)雜度低，工作效率高，具有很強(qiáng)的實(shí)際 應(yīng)用價(jià)值，并經(jīng)試驗(yàn)取得了非常好的有益技術(shù)效果，有關(guān)資料如下： W30] 圖2給出了Direct化OW模塊和如al化t模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。其中，Di