一种基于帧内预测模式的H.265半可逆视频隐写信息方法与流程

本发明属于信息安全
技术领域：
，更具体地，涉及一种基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写信息方法。
背景技术：
：为了实现在网络视频传递过程中的隐秘通信，国内外研究学者提出了很多利用现有网络中的网络数据流进行隐秘通信的隐写算法。这些隐写算法依据有无失真漂移以及鲁棒性能可分为三类，第一类是不考虑无失真漂移的视频隐写算法，其关注于具体的载体视频嵌入位置，以及选取的嵌入位置所带来的嵌入容量的影响。第二类是考虑了嵌入所带来的失真漂移提出的无失真漂移的视频隐写算法，但隐蔽的载体通常是图像、文本、音频视频等，常用于数字水印领域，用于进行数字作品的产权保护，其关注于强调嵌入的载体视觉效果性能。第三类考虑了视频隐写的鲁棒性能，专注于含有隐秘信息的载体作品被修改、删除及隐秘信息的可检测性等方面，可以良好的抵御剪切、旋转、压缩等处理。上述的第二、第三类方案分别考虑了视频隐写无失真漂移算法和鲁棒性，但其是以h.264/avc视频编解码标准作为出发点，未充分考虑主流视频编解码技术的更新换代，在视频编码压缩率上性能较差，特别是在现今视频的分辨率需求越来越高，以1080p为代表的高清视频已逐渐成为网络视频的主流趋势。而以h.264视频作为承载的第二、第三类方案无法充分满足低压缩率和高分辨率的需求矛盾。与第一类方案相关的现有的以h.265编解码标准为出发点的视频隐写方法，但由于其基本关注点在于改动视频的预测单元划分模式或基于像素的预测编码等句法元素，对于载体视频的改动性较大，其视频质量(主观评价或psnr)较低，无法有效地达到视频隐写隐秘性的目的，同时其操作实施破坏了载体视频的完整性，载体视频无法还原，抗隐写分析能力弱。技术实现要素：针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写信息方法，其目的在于解决视频隐写中视频载体不可还原的问题，在实现隐秘通信的前提下提高视频载体视觉质量。为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法，其嵌入方法具体包括如下步骤：(1)获取作为载体视频的视频源，并对拟嵌入的秘密信息进行预处理，包括二进制化、加密和加入信息终止位的处理；(2)对载体视频进行压缩处理，包括对当前预测单元预测、变换和量化处理，获取当前预测单元周边邻块的预测模式信息；(3)判断载体视频的第q帧内当前待编码的4×4预测单元块是否符合嵌入条件；若是，则进入步骤(5)；若否，则判断载体视频的第q帧内下一个待编码的4×4预测单元块是否满足嵌入条件，直到遍历完第q帧，进入步骤(4)；其中，q≥0；(4)判断第q帧是否为载体视频的最后一帧，若是，则进入步骤(6)；若否，则令q＝q+1，进入步骤(3)；(5)根据如下的调制方法在当前待编码的4×4预测单元块中嵌入秘密信息：若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n+1或者不等于n，则按下式更新系数：若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n且待嵌入信息为1，则按下式更新系数yi,j：若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n且待嵌入信息为0，则yi,j保持不变；其中，yi,j是指当前4×4预测单元块对应i，j位置的系数，n为自定义阈值，取正整数；(6)判断拟嵌入的秘密信息是否已全部嵌入，若是，则结束；若否，则更换作为载体视频的视频源，进入步骤(2)；优选地，上述的嵌入方法中，嵌入条件为同时满足如下条件：4x4子块的右邻块满足预测模式26、27、......、34中的任意一种；4x4子块的右上邻块满足预测模式10、11、......、34，dc中的任意一种；4x4子块的右下邻块满足预测模式26、27、......、34,2、3、......、10，dc，planar中的任意一种；4x4子块的下邻块满足预测模式2、3、......、10的任意一种；4x4子块的左下邻块满足预测模式2、3、......、26中的任意一种。优选地，上述的嵌入方法中，根据拟嵌入的秘密信息的信息终止位是否嵌入来判断秘密信息是否已完全嵌入，若秘密信息的信息终止位已经嵌入，则判断拟嵌入的秘密信息已经全部嵌入。本发明提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法，其提取方法具体包括如下步骤：(1)获取载有秘密信息的载体视频，并配置解码器所需的配置参数，包括指定解码的码流文件，输出文件；(2)对载体视频的第q帧进行解码，获取包括预测单元的预测模式、残差系数矩阵的语法元素信息，q的初始值为0；(3)判断第q帧内当前预测单元块是否符合提取条件，若是，则进入步骤(4)；若否，则判断第q帧内下一个预测单元块是否满足提取条件，直至遍历完第q帧，进入步骤(5)；其中，q≥0；(4)根据如下的解调方法从当前预测单元块中提取秘密信息并更新系数：若或或则若则提取的秘密信息比特为1，且若则提取的秘密信息比特为0，且不修改。(5)判断第q帧是否为载体视频的最后一帧，若是，则进入步骤(6),若否，则令q＝q+1并进入步骤(2)；(6)判断当前提取到的秘密信息是否包含信息的头部和尾部，若是，则结束提取；若否，表明载体视频容量过少，秘密信息未提取完全，则显示并保存提取到的秘密信息，进入步骤(7)；(7)对提取到的秘密信息进行去信息头、尾部，解密处理，反二进制化，恢复原始的秘密信息。优选地，上述提取方法中，提取条件与嵌入条件相对应，即解码后当前4×4预测单元块的周边邻块预测模式同时满足条件：4x4子块右邻块满足预测模式26、27、......、34的一种，右上邻块满足预测模式10、11、......、34，dc的一种，右下邻块满足预测模式26、27、......、34,2、3、......、10，dc，planar的一种，下邻块满足预测模式2、3、......、10的一种，左下邻块满足预测模式2、3、......、26中的一种。总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：(1)本发明提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法，在熵编码之前进行秘密信息的嵌入；在解码端熵解码之后立即进行与嵌入端相对应的秘密信息提取；在提取秘密信息的同时进行视频数据的解压缩处理；与现有的视频隐写方法相比，适用于国际最新的视频编解码标准h.265/hevc,与视频领域最新技术接轨，与最新视频编解码标准相适宜，其应用环境极为广阔，易于应用且隐藏信息不容易被发现；(2)本发明提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法，与现有的其他视频隐写方法相比，由于充分考虑了视频内容相邻预测单元预测模式的分布特点，通过设置与预测模式相关的提取条件和嵌入条件，可保证对当前预测单元的残差系数的修改不会通过预测方式传递给它的周边邻块，在当前预测单元块内嵌入秘密消息不会引起帧内失真漂移，也就是当前预测单元块内的任何一个系数都可以作为嵌入对象而不引起失真漂移，有效地防止了嵌入信息所导致的视频感官失真漂移现象，其载体视频具有良好的视觉效应，其评价指标psnr与原视频基本一致；(3)本发明提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法，其调制方法和解调方法适用于对视频载体要求比较苛刻的情形下，具有尽最大可能恢复原始载体视频的优点。附图说明图1是本发明实施例提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法的总体流程示意图；图2是实施例提供的半可逆视频隐写方法中的嵌入方法的流程示意图；图3是实施例中的嵌入误差分析图；图4是h.265国际标准中33种角度预测模式预测方向的示意图；图5是本发明实施例中嵌入或提取时当前预测单元周边邻块预测模式所应满足的条件示意图；图6是实施例提供的半可逆视频隐写方法中的提取流程示意图.具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。图1所示，是本发明实施例提供的基于帧内预测模式的h.265半可逆视频隐写方法的总体流程示意图，包括隐秘信息嵌入和提取。图2是实施例提供的半可逆视频隐写方法中的隐秘信息的嵌入方法的流程示意图；具体包括如下步骤：(1)获取作为载体视频的视频源，并对拟嵌入的秘密信息进行预处理，包括二进制化、加密和加入信息终止位的处理；本实施例中，预处理后的秘密信息头部为0x000001，尾部为0x0001。(2)对载体视频进行压缩处理，包括对当前预测单元预测、变换和量化处理，在熵编码当前预测单元的残差系数数据前，获取当前预测单元周边邻块的预测模式信息；(3)判断载体视频的第q帧当前待编码的4×4预测单元块周边的预测单元的预测模式是否符合嵌入条件，其中，q≥0；当前4×4预测单元块的系数值不全为0；若是，则进入步骤(5)，在当前待编码的4×4预测单元块中进行数据的嵌入；若否，则对判断当前帧内的下一个4×4预测单元块是否满足嵌入条件，直到当前帧编码完，进入步骤(4)；其中，嵌入条件具体为：同时满足如下条件：4x4子块的右邻块满足预测模式26、27、......、34中的任意一种；4x4子块的右上邻块满足预测模式10、11、......、34，dc中的任意一种；4x4子块的右下邻块满足预测模式26、27、......、34,2、3、......、10，dc，planar中的任意一种；4x4子块的下邻块满足预测模式2、3、......、10的任意一种；4x4子块的左下邻块满足预测模式2、3、......、26中的任意一种；譬如：某4x4预测单元块的右邻块预测模式为27、右上邻块预测模式为10、右下邻块预测模式为26、下邻块预测模式为10、左下邻块预测模式为2，则该4x4预测单元块的可作为当前预测单元块来嵌入隐秘信息；其中，预测模式是指利用周边邻块像素值来预测当前块像素值的方式，数值0～34分别表示从周边邻块的不同位置的像素值或不同方向来预测当前块的像素值，具体记载在h.265标准文档中。(4)判断当前待嵌入信息的帧是否是载体视频的最后一帧，若是，则进入步骤(6)；若否，则将当前帧序号q加1，进入步骤(3)；(5)根据如下的调制方法进行嵌入：依次遍历4×4预测单元块，若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n+1或者不等于n，则按下式更新系数：若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n且待嵌入信息为1，则按下式更新系数：若4×4预测单元块的系数yi,j的绝对值等于n且待嵌入信息为0，则yi,j不进行修改；yi,j是指当前4×4预测单元块对应i，j位置的系数，正整数n为自定义阈值，本实施例中n＝0、1或2；i＝0,1,2,3；j＝0,1,2,3；(6)判断拟嵌入的秘密信息是否已全部嵌入，若是则进入(7)；若否，表明载体视频源容量过少，秘密信息未嵌入完全，则更换作为载体视频的视频源，进入步骤(2)；根据读取到的预处理后的秘密信息的尾部是否嵌入来判断秘密信息是否已完全嵌入，若秘密信息的尾部已经嵌入，则判定拟嵌入的秘密信息已经全部嵌入；(7)对已完成嵌入的4×4预测单元块进行视频熵编码。图3所示是实施例中的嵌入误差分析图；根据h.265/hevc国际标准，预测单元的预测模式共有35种模式，包括dc模式，planar模式和{2,3,...,34}三十三种角度预测模式，其中33种角度预测模式预测方向的示意图如图4所示；待解码的4×4亮度块为bi,j，bi,j的预测值由已解码的bi-1,j-1、bi-1,j、bi-1,j+1、bi,j-1、bi-1,j+1灰色部分的像素值与当前预测块所采用的帧内预测模式共同计算出来；一个4×4亮度块的失真漂移是通过嵌入了信息的边缘像素值传递给其它周边邻块的；如果当前块的预测值的计算不采用藏有秘密信息的邻块的边缘像素值，那么帧内失真漂移就能避免；本发明中基于此无失真漂移条件对周边邻块的预测模式所应满足的条件如图5所示，通过设置这些预测模式条件，以保证对当前预测单元的残差系数数据的修改不会通过预测方式传递给它的周边邻块；则在此前预测单元块内嵌入秘密消息不会引起帧内失真漂移，也就是此预测单元块内的任何一个系数都可以作为嵌入对象而不引起失真漂移。为了最小程度的减小嵌入所引起的视觉误差，可根据频域里面的高频系数来进行嵌入，具体是在4×4残差系数子块的右下角位置，选择的系数为y03,y12,y13,y21,y22,y23,y30,y31,y32,y33，对这些位置的系数进行上述调制与嵌入。结合实例说明如下：假设秘密信息是{s1,s2,......,sp}＝{郑州}，将该秘密信息进行预处理获得如下比特流形式的秘密信息：000000000000000000000001110101101010001111010110110111010000000000000001；以官方测试视频basketballpass.yuv作为载体视频，在对载体视频basketballpass视频源进行熵编码之前，根据当前预测单元周边邻块的预测模式判断是否满足嵌入的条件；根据上述嵌入条件，确定第一帧lcu(largestcodedunit)地址索引为11，块内索引为64时的预测单元块满足条件，其周边邻块的预测模式分别为：右邻块预测模式为31，右下邻块预测模式为3，右上预测模式为1，下邻块预测模式为3，左下邻块预测模式为dc；上述当前预测单元的残差系数为：-23007-2-20-1-3-10-21-10取自定义参数n＝1，若拟嵌入的信息为110，那么根据上述方法嵌入秘密信息后的残差系数矩阵为：-23007-2-30-1-3-20-32-10对已完成嵌入的预测单元残差系数进行视频熵编码处理。如图6所示是实施例的视频隐写方法的提取方法的流程图，具体包括以下步骤：(1)获取载有秘密信息的载体视频，并配置解码器所需要的配置参数，包括指定解码的码流文件，输出文件；(2)对载体视频的第q帧进行解码，获取包括预测单元的预测模式、残差系数矩阵的语法元素信息，q的初始值为0；(3)判断当前预测单元块是否符合提取条件，即满足上述嵌入方法步骤(3)的嵌入条件；若是，则进入步骤(4)对应的提取信息；若否，则判断下一个4×4块预测单元块是否满足提取条件；本实施例中，提取条件与嵌入时的嵌入条件相对应，即解码后当前4×4预测单元块的周边邻块预测模式同时满足条件：4x4子块右邻块满足预测模式26、27、......、34的一种，右上邻块满足预测模式10、11、......、34，dc的一种，右下邻块满足预测模式26、27、......、34,2、3、......、10，dc，planar的一种，下邻块满足预测模式2、3、......、10的一种，左下邻块满足预测模式2、3、......、26中的一种；本实施例中，提取与嵌入过程的调制方法相对应，通过设置阈值n(与嵌入过程一致)，判别残差系数的具体数值来进行提取信息以及恢复系数；具体按如下步骤(4)进提取：(4)提取秘密信息的m＇的方法如下：若或或则若则提取的比特为1，且若则提取的比特为0，且不修改。(5)判断第q帧是否为载体视频的最后一帧，若是，则进入步骤(6),若否，则令q＝q+1并进入步骤(2)；(6)判断当前提取到的秘密信息是否包含信息的头部和尾部，若是，则结束提取；可继续进行后续的解压缩、重构视频等处理；若否，表明载体视频容量过少，秘密信息未提取完全，则显示并保存提取到的秘密信息，进入步骤(7)；(7)对提取到的秘密信息进行去信息头、尾部，解密处理，反二进制化，恢复原始的秘密信息。为了顺利在提取端提取信息，提取处理在解码出当前预测单元以及周边预测单元的的预测模式信息、残差系数等信息后才能进入步骤(3)来判断是否满足提取条件，对满足提取条件的预测单元块按照步骤(4)进行信息提取调制；步骤(4)中的是指y03,y12,y13,y21,y22,y23,y30,y31,y32,y33，阈值n＝1。结合实例说明如下：接收到的码流文件是basketballpass.bin，在完成熵解码预测单元的预测模式和残差系数信息后，确定当前嵌入秘密信息的预测单元为第一帧lcu地址索引为11，块内索引为64；熵解码到当前预测单元的右下预测单元块，即块内索引为67时对嵌入到当前预测单元的秘密信息进行提取流程并得到当前块内索引为64的预测单元块满足提取条件。获取到预测单元的残差系数矩阵为：-23007-2-30-1-3-20-32-10根据上述提取方法所提取出的秘密信息比特流为：110；调制后的残差系数矩阵为：-23007-2-20-1-2-10-21-10采用上述提取方法继续进行后续的预测单元残差系数矩阵的秘密信息提取，直至提取到信息终止位为止，至此完成秘密信息的提取。本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12