CN104902281B - 一种基于汉明码+1的hevc视频的信息隐藏方法 - Google Patents

一种基于汉明码+1的hevc视频的信息隐藏方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其利用隐写编码中的(1,3,2)矩阵编码算法和LSBMR算法结合形成的汉明码+1算法，根据待嵌入的三比特隐秘信息修改预测模式完成信息嵌入，在四个连续的4×4帧内亮度块嵌入三比特隐秘信息，既保证了隐藏容量，也降低了因预测模式的修改造成视频质量下降的影响，很好地保证了视频的主客观质量，大大降低了嵌入隐秘信息对视频码流的影响；通过分析HEVC编解码结构，针对尺寸大小为4×4的预测单元，在帧内预测编码过程中调制预测模式为符合嵌入条件的率失真代价值最小的预测模式，并利用拉格朗日率失真模型自适应的选取编码单元的预测单元类型，这种隐秘信息嵌入方式能够很好地保证视频的主客观质量。

Description

一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法
技术领域
本发明涉及一种信息隐藏技术，尤其是涉及一种基于汉明码+1的HEVC(HighEfficiency Video Coding)视频的信息隐藏方法。
背景技术
随着互联网技术的快速发展和数字多媒体应用的普及，多媒体信息被仿造和篡改的现象日益严重，信息安全问题变得越来越突出。信息隐藏技术作为隐秘通信和版权保护的有效手段得到了快速的发展。常见的信息隐藏载体主要有文本、图像、音频和视频等，数字视频因其数据量大和高效性等特点已成为多媒体信息隐藏的重要组成部分，其通常以压缩形式进行存储和传输。HEVC是继H.264/AVC之后的新一代高效视频压缩标准，其核心目标是在保证视频质量相同的前提下，压缩效率提高一倍，在高清、超高清等视频应用领域发挥着重要作用。因此，研究HEVC标准下的视频信息隐藏算法具有较高的现实意义和理论价值。
目前大多数视频信息隐藏算法都是基于H.264/AVC标准下的，根据嵌入位置的不同一般可分为基于预测模式、DCT系数和运动矢量等方案。在针对帧内预测模式的H.264/AVC视频的信息隐藏算法研究中，Xu等人通过分析帧内4×4亮度块的参考像素亮度值的波动情况，选取参考像素亮度值方差较小的帧内4×4亮度块作为嵌入区域，根据隐秘信息与预测模式的映射关系，调制最优预测模式为与隐秘信息奇偶性相同且率失真代价值最小的预测模式完成信息嵌入。隐写编码作为隐写术的重要组成部分也逐渐应用于视频信息隐藏技术中，其旨在尽量减少对载体的修改而嵌入尽可能多的信息。Yang等人利用矩阵编码建立隐秘信息和预测模式的映射关系，在三个帧内4×4亮度块中嵌入2bit隐秘信息，只需修改一位预测模式，减小了因修改而带来的失真。Liu等人利用LSBMR(LSB MatchingRevisited)算法调制帧内预测模式，在连续2个预测模式中调制其中一个嵌入2bit隐秘信息，并结合矩阵编码引入汉明码+1算法，在8个预测模式中修改1个嵌入4bit隐秘信息，嵌入率和嵌入容量大大不足。
基于HEVC标准下的视频信息隐藏算法还处在起步阶段。由于HEVC标准与H.264/AVC标准在编码结构上存在着显著的差异性，因此针对H.264/AVC视频的信息隐藏算法并不能直接应用于HEVC视频上。针对HEVC视频的信息隐藏方法，有如Wang等人根据统计的最优预测模式和次优预测模式的概率分布情况，建立预测模式和隐秘信息的分组映射关系，在一个帧内4×4亮度块中嵌入2bit隐秘信息，虽然嵌入容量得到了大幅提高，但其不具有普遍性，且对嵌入后的视频质量影响较大。又如Chung等人提出了一种基于DCT/DST系数的HEVC视频信息隐藏算法，其可以有效地控制帧内失真漂移，减弱其累积效应，提高HEVC视频视觉效果，但是该方法对DCT系数采用归零假设，不具有一般性，且该方法的嵌入容量不足。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其能够很好地保证视频的主客观质量，对视频码流的影响很小，同时能够很好地保证嵌入容量。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其特征在于：包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分，所述的隐秘信息嵌入部分的具体步骤如下：
①-1、在隐秘信息嵌入端，将待嵌入隐秘信息的原始的HEVC视频中当前待编码的帧定义为当前编码帧；
①-2、如果当前编码帧为I帧，则执行步骤①-3；如果当前编码帧为B帧或P帧，则对当前编码帧不处理，然后执行步骤①-14；
①-3、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i≤I，i的初始值为1，I表示当前编码帧中包含的预测单元的总个数；
①-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤①-5；否则，对当前预测单元不处理，然后令i＝i+1，再执行步骤①-13；其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号；
①-5、将以当前预测单元为首的四个连续的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合，再执行步骤①-6；
①-6、从待嵌入的隐秘信息中取出第p位比特sp、第p+1位比特sp+1、第p+2位比特sp+2作为当前待嵌入的三比特信息，其中，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度；
对当前预测单元组合中的每个预测单元进行帧内预测编码，在帧内预测编码过程中确定当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为kj；然后对当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识进行奇偶映射，得到当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，将当前预测单元组合中的第j'个预测单元的预测模式的数字标识kj'的映射值记为Lkj'，Lkj'＝LSB(kj')，其中，j＝1,2,3,4，kj∈[0,34]，j′＝1,2,3，LSB(kj')表示取kj'的二进制数的最低位；
①-7、根据(1,3,2)矩阵编码算法建立当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值与当前待嵌入的三比特信息中的前两比特信息的对应关系，确定是否修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，具体过程为：若Lk1⊕Lk2＝＝sp且Lk2⊕Lk3＝＝sp+1，则不修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，然后执行步骤①-8；若Lk1⊕Lk2＝＝sp且Lk2⊕Lk3≠sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第1个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-9；若Lk1⊕Lk2≠sp且Lk2⊕Lk3＝＝sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第2个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-10；若Lk1⊕Lk2≠sp且Lk2⊕Lk3≠sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第1个和第2个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-11；其中，Lk1、Lk2、Lk3对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，符号“⊕”为异或运算符号；
①-8、根据LSBMR算法，确定是否修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，具体过程为：若LSB则不修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，令i＝i+4，且令p＝p+3，然后执行步骤①-13；若LSB则对当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
①-9、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-10、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-11、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-12、在当前预测单元组合中的预测单元的预测模式修改后的前提下，比较当前预测单元组合中的四个预测单元的率失真代价之和与当前预测单元组合中的四个预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价的大小，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p+3，再执行步骤①-13；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，再执行步骤①-13；其中，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
①-13、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①-4继续执行，直至当前编码帧中的所有预测单元处理完毕；
①-14、将原始的HEVC视频中的下一帧待编码的帧作为当前编码帧，然后返回步骤①-2继续执行，直至隐秘信息全部嵌入完毕或原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到含隐秘信息的HEVC视频码流；
所述的隐秘信息提取部分的具体步骤如下：
②-1、在隐秘信息提取端，利用HEVC标准解码器对接收到的含隐秘信息的HEVC视频码流进行解码；
②-2、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i'≤I'，i'的初始值为1，I'表示含隐秘信息的HEVC视频码流中包含的预测单元的总个数；
②-3、如果当前预测单元属于I帧，则执行步骤②-4；如果当前预测单元属于B帧或P帧，则对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；
②-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤②-5；否则，对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；
②-5、将以当前预测单元为首的连续四个已解码的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合；然后读取当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为gj；再根据当前预测单元组合中的四个预测单元各自的预测模式的数字标识，提取出三比特隐秘信息，假设三比特隐秘信息分别为第p位比特tp、第p+1位比特tp+1、第p+2位比特tp+2，则tp＝LSB(g1)⊕LSB(g3)，tp+1＝LSB(g2)⊕LSB(g3)，最后令i'＝i'+4，并令p＝p+3，再执行步骤②-6；其中，j＝1,2,3,4，gj∈[0,34]，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度，g1、g2、g3、g4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，LSB(g1)表示取g1的二进制数的最低位，LSB(g2)表示取g2的二进制数的最低位，LSB(g3)表示取g3的二进制数的最低位，表示取的二进制数的最低位，符号为向下取整符号，i'＝i'+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
②-6、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤②-3继续执行，直至提取出含隐秘信息的HEVC视频码流中的隐秘信息或含隐秘信息的HEVC视频码流解码完毕。
所述的步骤①-8、所述的步骤①-9、所述的步骤①-10和所述的步骤①-11中对最低位进行修改的规则为：如果最低位为0，则修改为1；如果最低位为1，则修改为0；所述的步骤①-9、所述的步骤①-10和所述的步骤①-11中对次低位进行修改的规则为：如果次低位为0，则修改为1；如果次低位为1，则修改为0。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1)本发明方法通过分析HEVC编解码结构，针对尺寸大小为4×4的预测单元，在帧内预测编码过程中调制预测模式为符合嵌入条件的率失真代价值最小的预测模式，并利用拉格朗日率失真模型自适应的选取编码单元的预测单元类型以决定是否嵌入隐秘信息，这种隐秘信息嵌入方式能够很好地保证视频的主客观质量。
2)本发明方法利用隐写编码中的(1,3,2)矩阵编码算法和LSBMR算法结合形成的汉明码+1算法，根据待嵌入的三比特隐秘信息修改预测模式完成信息嵌入，在四个连续的4×4帧内亮度块嵌入三比特隐秘信息，既保证了隐藏容量，也降低了因预测模式的修改造成视频质量下降的影响，很好地保证了视频的主客观质量，大大降低了嵌入隐秘信息对视频码流的影响。
附图说明
图1为本发明方法的隐秘信息嵌入部分的实现流程框图；
图2为HEVC中帧内35种预测模式的示意图；
图3a为BasketballPass视频的第1帧未嵌隐秘信息的重建图像帧；
图3b为BQMall视频的第1帧未嵌隐秘信息的重建图像帧；
图4a为BasketballPass视频的第1帧利用本发明方法嵌入隐秘信息后的重建图像帧；
图4b为BQMall视频的第1帧利用本发明方法嵌入隐秘信息后的重建图像帧；
图5a为BlowingBubbles(416×240)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；
图5b为BQMall(832×480)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；
图5c为vidyo1(1280×720)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；
图5d为BasketballDrive(1920×1080)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
本发明提出的一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分，隐秘信息嵌入部分的实现流程框图如图1所示，隐秘信息嵌入部分的具体步骤如下：
①-1、在隐秘信息嵌入端，将待嵌入隐秘信息的原始的HEVC视频中当前待编码的帧定义为当前编码帧。
①-2、如果当前编码帧为I帧，则执行步骤①-3；如果当前编码帧为B帧或P帧，则对当前编码帧不处理，然后执行步骤①-14。
①-3、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i≤I，i的初始值为1，I表示当前编码帧中包含的预测单元的总个数。
①-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤①-5；否则，对当前预测单元不处理，然后令i＝i+1，再执行步骤①-13；其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号。
①-5、将以当前预测单元为首的四个连续的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合，再执行步骤①-6。
①-6、从待嵌入的隐秘信息中取出第p位比特sp、第p+1位比特sp+1、第p+2位比特sp+2作为当前待嵌入的三比特信息，其中，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度。
采用现有技术对当前预测单元组合中的每个预测单元进行帧内预测编码，在帧内预测编码过程中确定当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为kj；然后对当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识进行奇偶映射，得到当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，将当前预测单元组合中的第j'个预测单元的预测模式的数字标识kj'的映射值记为Lkj'，Lkj'＝LSB(kj')，其中，j＝1,2,3,4，kj∈[0,34]，图2给出了HEVC中帧内35种预测模式，j'＝1,2,3，LSB(kj')表示取kj'的二进制数的最低位。
①-7、根据(1,3,2)矩阵编码算法建立当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值与当前待嵌入的三比特信息中的前两比特信息的对应关系，确定是否修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，具体过程为：若Lk1⊕Lk2＝＝sp且Lk2⊕Lk3＝＝sp+1，则不修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，然后执行步骤①-8；若Lk1⊕Lk2＝＝sp且Lk2⊕Lk3≠sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第1个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-9；若Lk1⊕Lk2≠sp且Lk2⊕Lk3＝＝sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第2个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-10；若Lk1⊕Lk2≠sp且Lk2⊕Lk3≠sp+1，则不修改当前预测单元组合中的第1个和第2个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-11；其中，Lk1、Lk2、Lk3对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，符号“⊕”为异或运算符号。
表1给出了当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式是否修改的条件。
表1 当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式是否修改的条件
①-8、根据LSBMR(Least Significant Bit Matching Revisited)算法，确定是否修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，具体过程为：若则不修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，令i＝i+4，且令p＝p+3，然后执行步骤①-13；若则对当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号。
①-9、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号。
①-10、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号。
①-11、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号。
表2给出了当前预测单元组合中的四个预测单元各自的预测模式的具体修改方式。
表2 当前预测单元组合中的四个预测单元各自的预测模式的具体修改方式
①-12、在当前预测单元组合中的预测单元的预测模式修改后的前提下，利用拉格朗日率失真模型自适应的选取编码单元的预测单元类型，即比较当前预测单元组合中的四个预测单元的率失真代价之和与当前预测单元组合中的四个预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价的大小，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p+3，再执行步骤①-13；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，再执行步骤①-13；其中，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号。
①-13、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①-4继续执行，直至当前编码帧中的所有预测单元处理完毕。
①-14、将原始的HEVC视频中的下一帧待编码的帧作为当前编码帧，然后返回步骤①-2继续执行，直至隐秘信息全部嵌入完毕或原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到含隐秘信息的HEVC视频码流。
隐秘信息提取部分的具体步骤如下：
②-1、在隐秘信息提取端，利用HEVC标准解码器对接收到的含隐秘信息的HEVC视频码流进行解码。
②-2、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i'≤I'，i'的初始值为1，I'表示含隐秘信息的HEVC视频码流中包含的预测单元的总个数。
②-3、如果当前预测单元属于I帧，则执行步骤②-4；如果当前预测单元属于B帧或P帧，则对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号。
②-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤②-5；否则，对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号。
②-5、将以当前预测单元为首的连续四个已解码的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合；然后读取当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为gj；再根据当前预测单元组合中的四个预测单元各自的预测模式的数字标识，提取出三比特隐秘信息，假设三比特隐秘信息分别为第p位比特tp、第p+1位比特tp+1、第p+2位比特tp+2，则tp＝LSB(g1)⊕LSB(g3)，tp+1＝LSB(g2)⊕LSB(g3)，最后令i'＝i'+4，并令p＝p+3，再执行步骤②-6；其中，j＝1,2,3,4，gj∈[0,34]，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度，g1、g2、g3、g4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，LSB(g1)表示取g1的二进制数的最低位，LSB(g2)表示取g2的二进制数的最低位，LSB(g3)表示取g3的二进制数的最低位，表示取的二进制数的最低位，符号为向下取整符号，i'＝i'+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号。
②-6、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤②-3继续执行，直至提取出含隐秘信息的HEVC视频码流中的隐秘信息或含隐秘信息的HEVC视频码流解码完毕。
上述，步骤①-8、步骤①-9、步骤①-10和步骤①-11中对最低位进行修改的规则为：如果最低位为0，则修改为1；如果最低位为1，则修改为0；步骤①-9、步骤①-10和步骤①-11中对次低位进行修改的规则为：如果次低位为0，则修改为1；如果次低位为1，则修改为0。
以下为对本发明方法进行测试，以说明本发明方法的有效性和可行性。
本发明方法测试主要在HEVC测试模型HM12.0上进行。测试平台的硬件配置为：Intel(R)Core(TM)i3 CPU，主频3.20GHz，内存4.00GB；操作系统为Windows 7，32位；开发工具为Microsoft Visual Studio 2010。HEVC测试模型HM12.0的主要编码参数为：高效率配置，随机访问模式，编码帧数为96帧，I帧的图像组GOP(Group of Pictures)的长度为8，I帧的周期长度Intra Period(Period of I-Frame)为16。
图3a给出了BasketballPass视频的第1帧未嵌隐秘信息的重建图像帧，图3b给出了BQMall视频的第1帧未嵌隐秘信息的重建图像帧，图4a给出了BasketballPass视频的第1帧利用本发明方法嵌入隐秘信息后的重建图像帧，图4b给出了BQMall视频的第1帧利用本发明方法嵌入隐秘信息后的重建图像帧。从图3a至图4b中可以看出，利用本发明方法进行隐秘信息隐藏并没有对视频的主观质量造成显著的影响。
图5a给出了BlowingBubbles(416×240)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；图5b给出了BQMall(832×480)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；图5c给出了vidyo1(1280×720)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图；图5d给出了BasketballDrive(1920×1080)视频未嵌隐秘信息的PSNR曲线与利用本发明方法嵌入隐秘信息后的PSNR曲线对比图。从图5a至图5d中可以看出，利用本发明方法嵌入隐秘信息后视频的PSNR值略有降低，但载密视频与原始视频的PSNR差值都在0.05dB以内，对视频的画质质量没有造成影响。
采用ΔPSNR和BRI对应表示平均峰值信噪比PSNR和编码比特率的变化幅度，ΔPSNR＝PSNR′Y-PSNRY，其中，PSNR'Y表示嵌入隐秘信息后I帧的亮度值的平均峰值信噪比，PSNRY表示嵌入隐秘信息前I帧的亮度值的平均峰值信噪比，R'表示嵌入隐秘信息后I帧的比特率，R表示嵌入隐秘信息前I帧的比特率。表3列出了QP＝26时不同视频测试序列(BlowingBubbles_416×240、Flowervase_416×240、BQMall_832×480、Flowervase_832×480、vidyo1_1280×720、BasketballDrive_1920×1080)的性能测试结果，通过对表3中的数据分析，可以得出以下结论：1)对于不同类别的测试序列，由于视频分辨率不同，帧内4×4亮度块的数目不同，因此嵌入容量存在差异性；2)对于同类的测试序列，由于视频内容不同，帧内4×4亮度块的数目不相同，因此嵌入容量也存在差异性；3)嵌入隐秘信息前后PSNR值和码率出现波动性的原因除了将修改块的最优预测模式替换为次优预测模式造成的影响外，更重要的原因是对相邻块的预测造成偏差，形成帧内失真漂移，而用替换的次优预测模式进行重编码能有效控制失真漂移的影响，对视频质量影响很小，满足信息隐藏中的视觉隐蔽性。
表3 各视频测试序列的性能测试结果(QP＝26)
测试序列 BRI(％) ΔPSNR(dB) 嵌入容量(bits)
BlowingBubbles_416×240 0.67 -0.02 9598
Flowervase_416×240 0.83 -0.02 1588
BQMall_832×480 1.17 -0.01 27001
Flowervase_832×480 1.6 -0.01 6709
vidyo1_1280×720 0.78 -0.03 12190
BasketballDrive_1920×1080 0.19 -0.01 10450

Claims (2)

1.一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其特征在于：包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分，所述的隐秘信息嵌入部分的具体步骤如下：
①-1、在隐秘信息嵌入端，将待嵌入隐秘信息的原始的HEVC视频中当前待编码的帧定义为当前编码帧；
①-2、如果当前编码帧为I帧，则执行步骤①-3；如果当前编码帧为B帧或P帧，则对当前编码帧不处理，然后执行步骤①-14；
①-3、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i≤I，i的初始值为1，I表示当前编码帧中包含的预测单元的总个数；
①-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤①-5；否则，对当前预测单元不处理，然后令i＝i+1，再执行步骤①-13；其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号；
①-5、将以当前预测单元为首的四个连续的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合，再执行步骤①-6；
①-6、从待嵌入的隐秘信息中取出第p位比特sp、第p+1位比特sp+1、第p+2位比特sp+2作为当前待嵌入的三比特信息，其中，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度；
对当前预测单元组合中的每个预测单元进行帧内预测编码，在帧内预测编码过程中确定当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为kj；然后对当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识进行奇偶映射，得到当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，将当前预测单元组合中的第j'个预测单元的预测模式的数字标识kj'的映射值记为Lkj'，Lkj'＝LSB(kj')，其中，j＝1,2,3,4，kj∈[0,34]，j'＝1,2,3，LSB(kj')表示取kj'的二进制数的最低位；
①-7、根据(1,3,2)矩阵编码算法建立当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值与当前待嵌入的三比特信息中的前两比特信息的对应关系，确定是否修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，具体过程为：若且则不修改当前预测单元组合中的前三个预测单元各自的预测模式，然后执行步骤①-8；若且则不修改当前预测单元组合中的第1个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-9；若且则不修改当前预测单元组合中的第2个和第3个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-10；若且则不修改当前预测单元组合中的第1个和第2个预测单元各自的预测模式，而修改当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式，然后执行步骤①-11；其中，Lk1、Lk2、Lk3对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个预测单元各自的预测模式的数字标识的映射值，符号为异或运算符号；
①-8、根据LSBMR算法，确定是否修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，具体过程为：若则不修改当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式，令i＝i+4，且令p＝p+3，然后执行步骤①-13；若则对当前预测单元组合中的第4个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
①-9、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-10、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-11、根据LSBMR算法，确定如何对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式进行修改，具体过程为：若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位进行修改，然后执行步骤①-12；若则对当前预测单元组合中的第3个预测单元的预测模式的数字标识的二进制数的最低位和次低位进行修改，然后执行步骤①-12；其中，表示取的二进制数的最低位，k1、k2、k3、k4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，符号为向下取整符号；
①-12、在当前预测单元组合中的预测单元的预测模式修改后的前提下，比较当前预测单元组合中的四个预测单元的率失真代价之和与当前预测单元组合中的四个预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价的大小，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p+3，再执行步骤①-13；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，再执行步骤①-13；其中，i＝i+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
①-13、将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①-4继续执行，直至当前编码帧中的所有预测单元处理完毕；
①-14、将原始的HEVC视频中的下一帧待编码的帧作为当前编码帧，然后返回步骤①-2继续执行，直至隐秘信息全部嵌入完毕或原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕，得到含隐秘信息的HEVC视频码流；
所述的隐秘信息提取部分的具体步骤如下：
②-1、在隐秘信息提取端，利用HEVC标准解码器对接收到的含隐秘信息的HEVC视频码流进行解码；
②-2、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i'≤I'，i'的初始值为1，I'表示含隐秘信息的HEVC视频码流中包含的预测单元的总个数；
②-3、如果当前预测单元属于I帧，则执行步骤②-4；如果当前预测单元属于B帧或P帧，则对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；
②-4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤②-5；否则，对当前预测单元不进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②-6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；
②-5、将以当前预测单元为首的连续四个已解码的尺寸大小均为4×4的预测单元构成的组合定义为当前预测单元组合；然后读取当前预测单元组合中的每个预测单元的预测模式，将当前预测单元组合中的第j个预测单元的预测模式的数字标识记为gj；再根据当前预测单元组合中的四个预测单元各自的预测模式的数字标识，提取出三比特隐秘信息，假设三比特隐秘信息分别为第p位比特tp、第p+1位比特tp+1、第p+2位比特tp+2，则将的值赋值给tp，将的值赋值给tp+1，将的值赋值给tp+2；最后令i'＝i'+4，并令p＝p+3，再执行步骤②-6；其中，j＝1,2,3,4，gj∈[0,34]，1≤p≤P-2，p的初始值为1，P表示隐秘信息的总长度，g1、g2、g3、g4对应表示当前预测单元组合中的第1个、第2个、第3个、第4个预测单元各自的预测模式的数字标识，LSB(g1)表示取g1的二进制数的最低位，LSB(g2)表示取g2的二进制数的最低位，LSB(g3)表示取g3的二进制数的最低位，表示取的二进制数的最低位，符号为向下取整符号，i'＝i'+4和p＝p+3中的“＝”为赋值符号；
②-6、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤②-3继续执行，直至提取出含隐秘信息的HEVC视频码流中的隐秘信息或含隐秘信息的HEVC视频码流解码完毕。
2.根据权利要求1所述的一种基于汉明码+1的HEVC视频的信息隐藏方法，其特征在于所述的步骤①-8、所述的步骤①-9、所述的步骤①-10和所述的步骤①-11中对最低位进行修改的规则为：如果最低位为0，则修改为1；如果最低位为1，则修改为0；所述的步骤①-9、所述的步骤①-10和所述的步骤①-11中对次低位进行修改的规则为：如果次低位为0，则修改为1；如果次低位为1，则修改为0。
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