一种对H.265视频进行内置式隐写的方法

摘要

本发明公开了一种对H.265视频进行内置式隐写的方法，该方法针对4×4亮度残差块DST系数进行信息嵌入，首先根据H.265视频帧内预测模式确定失真漂移的两种方向，然后根据失真漂移的具体方向选择对应格式的三元组进行信息嵌入；由于所采用的三元组具有系数补偿效应，可使得被嵌入的残差块DST系数在反变换时能够保持引发失真漂移的4×4亮度块像像素不发生改变，从而达到在内置式隐写的同时控制失真漂移的目的；实验结果表明，本发明提供的这种对H.265视频进行内置式隐写的方法可以有效控制帧内失真漂移，有较好的视觉隐蔽性，视觉效果良好。

权利要求

1.一种对H.265视频进行内置式隐写的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)对帧内预测过程中发生嵌入误差传递的参考像素与预测模式间的对应关系进行建模，获得参考块对应不同预测模式的像素使用模型；

(2)根据各种帧内预测模式涉及到的参考像素位置和所述像素使用模型来确定误差在块间传递的判断条件；

(3)根据所述判断条件确定不会发生误差块间传递的嵌入块；

(4)对不会发生误差块间传递的嵌入块，直接进行信息隐藏；对会发生误差块间传递的嵌入块，利用具有补偿效应的三元组来嵌入和补偿，以阻断块内误差累积，控制帧内失真漂移；

其中，对会发生误差块间传递的嵌入块利用具有补偿效应的三元组来嵌入和补偿的方法，具体包括如下步骤：(4.1)对原始视频进行熵解码处理得到量化的离散正弦变换系数；

(4.2)根据DST块左上角系数值选择残差绝对值不小于5的4×4亮度块作为备选嵌入块；

(4.3)根据当前块的邻块的帧内预测模式判断当前块是否符合第一条件，若是，则从水平方向集中随机选择三元组嵌入到当前块，以增强嵌入隐蔽性；若否，则不进行嵌入；

其中，第一条件是指right-mode∈{2-25}，under-right-mode∈{11-25}，top-right-mode∈{2-9}；right-mode是当前备选嵌入块的右邻块的帧内预测模式；under-right-mode是当前备选嵌入块的右下邻块的帧内预测模式；top-right-mode是当前备选嵌入块的右上邻块的帧内预测模式；

(4.4)根据当前块邻块的帧内预测模式判断当前块是否符合第二条件，若是，则从垂直方向集中随机选择三元组嵌入到当前块，以增强嵌入隐蔽性；若否，则不进行嵌入；

其中，第二条件是指under-left-mode∈{27-34}，under-mode∈{11-34}；

under-mode是当前备选嵌入块的下邻块的帧内预测模式；under-left-mode是当前备选嵌入块的左下邻块的帧内预测模式；

(4.5)根据选定的三元组获取嵌入系数和补偿系数；根据嵌入系数将加密的待嵌入信息嵌入到备选嵌入块；

(4.6)调整补偿系数以对嵌入引起的块内嵌入误差进行补偿，以杜绝误差在块间的传递，达到消除帧内失真漂移的目的；

(4.7)将H.265编码过程中所有的量化离散正弦变换系数进行熵编码得到目标嵌入视频。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述三元组系数为(C1,C2,C3)；其中C1为三元组系数中的嵌入系数，C2、C3为三元组系数中的补偿系数；当进行“+C1”的嵌入操作时，同时进行“+C2”和“+C3”的补偿操作，使嵌入误差矩阵及DST系数矩阵的最后一行或最后一列值为零，以阻断块内误差积累。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对4×4亮度块进行信息隐藏时，所述三元组根据以下方法获得，(a)基于4×4残差块边缘的关键像素值的嵌入误差与嵌入量化离散正弦变换系数位置的关系，建立嵌入误差与系数位置关系；所述关键像素值是指残差块最右边一列的像索和最下面一行的像素；

(b)根据嵌入误差与系数位置关系，通过对关键像素值进行归零假设获取对应的三元组。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在嵌入过程根据嵌入系数的奇偶性对三元组进行调制以使得嵌入系数的奇偶性与待嵌入信息保持一致，并向着增大嵌入系数绝对值的方向对嵌入系数和补偿系数进行调制。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，对嵌入视频中的信息进行提取的方法，具体包括如下步骤：(1)根据直流系数的绝对值和自定义参数来确定可能嵌入了信息的待提取块；其中，自定义参数T不小于3；

(2)判断待提取块的邻块是否满足第一条件；若是，则从来自垂直方向集的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；若否，则不进行提取；

其中，第一条件是指right-mode∈{2-25}，under-right-mode∈{11-25}，top-right-mode∈{2-9}；

其中，第二条件是指under-left-mode∈{27-34}，under-mode∈{11-34}；

(3)判断待提取块的邻块是否满足第二条件；若是，则从来自水平方向集的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；若否，则不进行提取；

(4)根据解密密钥对提取出的信息解密。

说明书

一种对H.265视频进行内置式隐写的方法

技术领域

[0001] 本发明属于计算机网络技术领域，更具体地，涉及一种对H.265视频进行内置式隐写以防止失真漂移的方法。

背景技术

[0002] 内置式隐写是视频隐写方法中最常用的方法，但由于嵌入操作带来的像素值的变化会通过帧内预测影响到相邻块产生误差，并且该误差通过帧内预测传递下去并逐步累积导致严重的视觉失真造成帧内失真漂移，破坏隐写的不可感知性。现有的H.264视频信息隐藏算法为了保证秘密信息在视觉上的不可感知性，一般选择较小的嵌入量，而甚少考虑控制帧内失真漂移问题。为了克服帧内失真漂移，现有技术利用耦合系数来控制帧内失真漂移，或者利用邻块帧内预测模式来筛选不会产生失真漂移的特殊块进行嵌入，上述两种方案都是针对4×4亮度块进行嵌入。

[0003] 耦合系数控制的方法是通过一个系数嵌入另一个系数补偿的方式，使得嵌入块内特定的参考像素不产生失真，若能进一步研究找到匹配的预测模式来进行嵌入，则可以避免失真漂移。但是耦合系数依然会使块内其它像素产生失真，该失真与补偿系数的变动大小相关。数据表明，采用耦合系数控制的方法在H.265环境下的嵌入失真明显高于H.264。采用特殊块嵌入的方法对嵌入块的邻块帧内预测模式要求严格，会极大限制嵌入容量。而H.265视频编码标准与H.264视频编码标准的区别在于：对4×4亮度块使用的是离散正弦变换(Discrete Sine Transform，DST)而非离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)，且帧内预测模式增加到35种，这使得基于DCT变换的耦合系数控制方案不再适用于H.265视频编码；针对H.265视频编码标准的控制帧内失真漂移的隐写方法还有待进一步研究。

发明内容

[0004] 针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种对H.265视频进行内置式隐写的方法，其目的在于解决采用现有技术进行H.265视频帧内信息嵌入引起失真漂移的技术问题。

[0005] 为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种对H.265视频进行内置式隐写的方法，包括如下步骤：

[0006] (1)对帧内预测过程中发生嵌入误差传递的参考像素与预测模式间的对应关系进行建模，获得参考块对应不同预测模式的像素使用模型；

[0007] 对于向下方向的预测模式，参考块的最下行像素会被当前块使用；对于向右方向的预测模式，参考块的最右列像素会被当前块使用；若要控制失真漂移，参考块内被使用的像素就不能发生改变，因此需要建立参考块对应不同预测模式的像素使用模型；

[0008] (2)根据各种帧内预测模式涉及到的参考像素位置和上述像素使用模型来确定误差在块间传递的判断条件；

[0009] (3)根据上述判断条件确定不会发生误差块间传递的嵌入块；

[0010] (4)对不会发生误差块间传递的嵌入块，直接进行信息隐藏；对会发生误差块间传递的嵌入块，利用具有补偿效应的三元组来嵌入和补偿，以阻断块内误差累积，控制帧内失真漂移。

[0011] 优选地，上述对H.265视频进行内置式隐写的方法，其三元组系数为(C1,C2,C3)；其中C1为三元组系数中的嵌入系数，C2、C3为三元组系数中的补偿系数；当进行“+C1”的嵌入操作时，同时进行“+C2”和“+C3”的补偿操作，可使嵌入误差矩阵及DST系数矩阵的最后一行或最后一列值为零，从而实现阻断块内误差积累，控制帧内失真漂移。

[0012] 优选地，上述对H.265视频进行内置式隐写的方法，对4×4亮度块进行信息隐藏时，其三元组根据以下方法获得，

[0013] (a)基于4×4残差块边缘的关键像素值的嵌入误差与嵌入量化离散正弦变换(Quantized Discrete Sine Transform，QDST)系数位置的关系，建立嵌入误差与系数位置关系；

[0014] 其中，关键像素值是指残差块最右边一列的像索和最下面一行的像素；

[0015] 4×4亮度块像素值由残差块系数值和预测块系数值相加得到，残差块由于DST系数被嵌入而产生误差，从而导致亮度块像素值发生改变若发生改变的亮度块像素值被其它块参考，就会产生失真漂移；

[0016] (b)通过对关键像素值进行归零假设获取对应的三元组。

[0017] 优选地，上述对H.265视频进行内置式隐写的方法，嵌入误差与QDST系数位置的关系具体为：对于含有向下方向的预测模式(模式11-34)，嵌入误差会向下方的亮度块系数传递；对于含有向右方向的预测模式(模式2-25)，嵌入误差会向右方的亮度块系数传递。

[0018] 优选地，上述对H.265视频进行内置式隐写的方法，对会发生误差块间传递的嵌入块进行隐藏信息的方法，具体包括如下步骤：

[0019] (1)对原始视频进行熵解码处理得到量化的DST系数；

[0020] (2)根据DST块左上角系数值选择残差绝对值不小于5的4×4亮度块作为备选嵌入块；

[0021] (3)根据当前块的邻块的帧内预测模式判断当前块是否符合第一条件，若是，则从水平方向集(Horizontal Set，HS)中随机选择三元组嵌入到当前块，以增强嵌入隐蔽性；若否，则不进行嵌入；

[0022] 其中，第一条件是指Right-mode∈{2-25}，under-right-mode∈{11-25}，top-right-mode∈{2-9}；right-mode是当前备选嵌入块的右邻块的帧内预测模式；under-right-mode是当前备选嵌入块的右下邻块的帧内预测模式；top-right-mode是当前备选嵌入块的右上邻块的帧内预测模式；

[0023] (4)根据当前块邻块的帧内预测模式判断当前块是否符合第二条件，若是，则从垂直方向集(Vertical Set，VS)中随机选择三元组嵌入到当前块，以增强嵌入隐蔽性；若否，则不进行嵌入；

[0024] 其中，第二条件是指under-left-mode∈{27-34}，under-mode∈{11-34}；

[0025] under-mode是当前备选嵌入块的下邻块的帧内预测模式；under-left-mode是当前备选嵌入块的左下邻块的帧内预测模式；

[0026] (5)根据选定的三元组获取嵌入系数和补偿系数；根据嵌入系数将加密的待嵌入信息嵌入到备选嵌入块；

[0027] (6)调整补偿系数以对嵌入引起的块内嵌入误差进行补偿，以杜绝误差在块间的传递，达到消除帧内失真漂移的目的；

[0028] (7)将H.265编码过程中所有的量化DST系数进行熵编码得到目标嵌入视频。

[0029] 优选地，上述对H.265视频进行内置式隐写的方法，对会发生误差块间传递的嵌入块进行隐藏信息的方法，

[0030] 在嵌入过程根据嵌入系数的奇偶性对三元组进行调制以使得嵌入系数的奇偶性与待嵌入信息保持一致，并向着增大嵌入系数绝对值的方向对嵌入系数和补偿系数进行调制。

[0031] 优选地，采用上述对H.265视频进行内置式隐写的方法嵌入后，对嵌入视频进行信息提取的方法，具体包括如下步骤：

[0032] (1)根据直流系数的绝对值和自定义参数来确定可能嵌入了信息的待提取块；其中，自定义参数T不小于3；

[0033] (2)判断待提取块的邻块是否满足第一条件；若是，则从来自VS的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；若否，则不进行提取

[0034] 其中，第一条件是指Right-mode∈{2-25}，under-right-mode∈{11-25}，top-right-mode∈{2-9}

[0035] 其中，第二条件是指under-left-mode∈{27-34}，under-mode∈{11-34}；

[0036] (3)判断待提取块的邻块是否满足第二条件；若是，则从来自HS的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；若否，则不进行提取；

[0037] (4)根据解密密钥对提取出的信息解密。

[0038] 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：

[0039] 在H.265视频帧内预测编码环境下，嵌入块是否引发帧内失真漂移与其邻块的预测模式直接相关，如果邻块的预测模式需要使用嵌入块的像素作为参考像素，则嵌入带来的误差就会传递到邻块，造成失真漂移；失真漂移问题会极大的加剧嵌入导致的失真，针对这一问题，本发明首先对帧内预测过程中发生嵌入误差传递的参考像素与预测模式间的对应关系进行建模，对35种帧内预测模式涉及到的参考像素位置进行归纳和分类，由此确定误差在块间传递的具体判断条件，对于不会发生误差块间传递的嵌入块，直接进行可逆信息隐藏，对于会发生误差块间传递的嵌入块，利用具有补偿效应的三元组进行嵌入和补偿，使得DST系数矩阵的最后一列或最后一行不发生变化，达到避免失真漂移的目的。

附图说明

[0040] 图1是实施例提供的方法的嵌入处理的流程示意图；

[0041] 图2是实施例提供的方法的提取处理的流程示意图；

[0042] 图3是实施例的预测块Bi,j与邻块参考像素示意图；

[0043] 图4是实施例的33种帧内方向预测模式的示意图；

[0044] 图5是实施例中对邻块模式的定义的示意图。

具体实施方式

[0045] 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。

[0046] 本发明实施例中在H.265视频流中隐藏信息，具体包括如下步骤：

[0047] (1)对原始视频进行熵解码等处理得到量化后的DST系数；

[0048] (2)选择残差绝对值较大的4×4亮度块内作为待嵌入块；

[0049] (3)根据当前块邻块的帧内预测模式判断是否符合条件1或条件2；

[0050] (4)根据判断结果，从HS或VS中选择合适的三元组进行嵌入；

[0051] (5)向待嵌入块内的三元组中的嵌入系数进行信息嵌入，并调整补偿系数从而对嵌入引起的块内嵌入误差进行补偿，以杜绝误差在块间的传递，达到消除帧内失真漂移的目的；将所有的量化DST系数重新熵编码得到目标嵌入视频。

[0052] 以下以HS中的三元组 和VS中的三元组 为例来具体阐述本发明提供的信息隐藏方法中的嵌入和提取方法。

[0053] 本实施例中，嵌入信息为二值比特流M＝{m1,m2,…,mN},mi∈{0,1}。在嵌入之前，对嵌入信息M进行加密处理。嵌入位置为I帧内亮度残差绝对值较大的4×4亮度块。残差大小根据直流系数 的绝对值和自定义参数T的值进行判断。每个直流系数绝对值大于T，且其邻块帧内预测模式满足条件1或条件2的4×4亮度块内嵌入1比特信息。

[0054] 对H.265原始视频载体的4×4亮度块的嵌入方法的流程如图1所示，具体包括如下步骤：

[0055] (1)根据直流系数的绝对值和自定义参数T选择备选嵌入块；实施例中，T不小于3；

[0056] (2)判断备选嵌入块的邻块是否满足条件1或条件2；

[0057] (3)如果满足条件1，则从VS中选择三元组进行嵌入与补偿；如果满足条件2，则从HS中选择三元组进行嵌入与补偿；

[0058] (4)对拟嵌入的信息进行加密，嵌入过程根据嵌入系数的奇偶性进行调制，以使得嵌入系数的奇偶性与拟嵌入信息保持一致，并向着增大嵌入系数的绝对值的方向进行对嵌入系数和补偿系数进行微调。

[0059] 本实施例中，条件1为Right-mode∈{2-25}，under-right-mode∈{11-25}，top-right-mode∈{2-9}；条件2为under-left-mode∈{27-34}，under-mode∈{11-34}。

[0060] 其中，right-mode是当前备选嵌入块的右邻块的帧内预测模式，under-right-mode是当前备选嵌入块的右下邻块的帧内预测模式，top-right-mode是当前备选嵌入块的右上邻块的帧内预测模式，under-mode是当前备选嵌入块的下邻块的帧内预测模式，under-left-mode是当前备选嵌入块的左下邻块的帧内预测模式。

[0061] 本实施例中，当备选嵌入块符合条件1时，利用VS(Vertical Set)中的三元组避免失真漂移。当备选嵌入块符合条件2时，利用HS(Horizontal Set)中的三元组避免失真漂移；

[0062] VS(Vertical Set)中的三元组如下：

[0063] VS(Vertical Set)＝(Y00,-Y02,Y03),(Y10,-Y12,Y13),(Y20,-Y22,Y23),(Y30,-Y32,Y33),(Y00,-2Y01,8Y03),(Y10,-2Y11,8Y13),(Y20,-2Y21,8Y23),(Y30,-2Y31,8Y33),(-2Y01,Y02,7Y03),(-2Y11,Y12,7Y13),(-2Y21,Y22,7Y23),(-2Y31,Y32,7Y33)

[0064] HS(Horizontal Set)中的三元组如下：

[0065] HS(Horizontal Set)＝(Y00,-Y20,Y30),(Y01,-Y21,Y31),(Y02,-Y22,Y32),(Y03,-Y23,Y33),(Y00,-2Y10,8Y30),(Y01,-2Y11,8Y31),(Y02,-2Y12,8Y32),(Y03,-2Y13,8Y33),(-2Y10,Y20,7Y30),(-2Y11,Y21,7Y31),(-2Y12,Y22,7Y32),(-2Y13,Y23,7Y33)。

[0066] 实施例中，当要从H.265嵌入视频流中提取信息，首先对原始视频进行熵解码等处理得到I帧的帧内预测模式与量化DST系数；根据自定义参数T选择残差绝对值较大的4×4亮度块作为备选可提取块；根据邻块的帧内预测模式是否满足条件1或条件2，判断是否从备选可提取块中提取信息以及从哪一个三元组的嵌入系数中提取。

[0067] 对提取信息M″解密后得到M＇＝{m1＇,m2＇,…,mN＇},mi＇∈{0,1}.发送方和接收方共享三元组、参数T和密钥；所以对应于嵌入位置，提取块为I帧内直流系数绝对值大于T且邻块的帧内预测模式满足条件1或条件2的4×4亮度块。提取系数位置为三元组中的嵌入系数 或 中的嵌入系数 每个符合提取条件的4×4亮度块可以提取出1比特信息。

[0068] 对H.265嵌入视频载体的每个4×4亮度块的提取方法的流程如图2所示，具体包括如下步骤：

[0069] (1)选择根据直流系数的绝对值和自定义参数T选择可能嵌入了信息的待提取块；

[0070] (2)判断待提取块的邻块是否满足条件1或条件2；

[0071] (3)如果满足条件1，则从来自VS的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；满足条件2，则从来自HS的三元组中的嵌入系数中根据奇偶性提取1比特信息；

[0072] (4)将提取出的信息解密。

[0073] 本发明实施例提供的这种信息隐写方法针对4×4亮度残差块DST系数进行信息嵌入，首先根据H.265视频帧内预测模式确定失真漂移的两种方向，然后根据失真漂移的具体方向选择对应格式的三元组进行信息嵌入；由于所采用的三元组具有系数补偿效应，可使得被嵌入的残差块DST系数在反变换时能够保持引发失真漂移的4×4亮度块像像素(最下行或最后列)不发生改变，从而达到在内置式隐写的同时控制失真漂移的目的。

[0074] 如图3所示，是实施例中的预测块Bi,j与邻块参考像素的位置关系示意图；从该图可以看出，邻块的预测模式需要使用嵌入块的像素作为参考像素，则嵌入带来的误差就会传递到邻块，造成失真漂移。

[0075] 如图4所示，是本发明实施例中35种帧内预测模式中的33种方向预测模式的示意图，从该中可以看到预测模式具有各种方向，从而导致失真漂移也具有方向性。

[0076] 如图5所示，是待嵌入块的邻块的位置示意图；通过对待嵌入块的各种可能引发失真漂移的邻块进行了定义，以方便划分条件；相应地，right-mode是当前备选嵌入块的右邻块的帧内预测模式；under-right-mode是当前备选嵌入块的右下邻块的帧内预测模式；top-right-mode是当前备选嵌入块的右上邻块的帧内预测模式；under-mode是当前备选嵌入块的下邻块的帧内预测模式；under-left-mode是当前备选嵌入块的左下邻块的帧内预测模式。

[0077] 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。