CN106101746A - 一种数字视频内容安全认证的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种数字视频内容安全认证的方法，其中，所述方法包括：秘密信息嵌入步骤：对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；秘密信息提取和视频认证步骤：根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。本发明还提供一种数字视频内容安全认证的系统。本发明提供的技术方案能在不影响用户体验的基础上提高认证的安全性。

Description

一种数字视频内容安全认证的方法及其系统
技术领域
本发明涉及多媒体内容安全技术领域，尤其涉及一种数字视频内容安全认证的方法及其系统。
背景技术
随着互联网、移动互联网和多媒体技术的飞速发展，数字视频的采集、处理和传播变得越来越便利，但数字视频内容所反映客观场景的真实性和完整性越来越受到学者、社会和政府的重视，对这些数字视频进行内容的安全认证和鉴别的重要性已不仅仅局限于多媒体内容安全问题，而且还关系到社会的和谐稳定、社会公信力、司法公正等社会问题。
然而，目前对数字视频的内容认证的方法大多对数字视频本身有一定的破坏，影响用户对数字视频的欣赏，且方法较为复杂，隐蔽性和脆弱性较差。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种数字视频内容安全认证的方法及其系统，旨在解决现有技术中针对数字视频内容进行安全认证存在影响用户体验以及认证方法复杂且隐蔽性和脆弱性较差的问题。
本发明提出一种数字视频内容安全认证的方法，其特征在于，所述方法包括：
秘密信息嵌入步骤：对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
秘密信息提取和视频认证步骤：根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
优选的，所述秘密信息嵌入步骤具体包括：
依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
设置tt＝0，ss＝0；
读取比特序列中的比特信息w(ss)；
读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_key mod half_m，y＝V_key mod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；
计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
优选的，所述根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入的步骤具体包括：
如果元素个数H(tt)＝half_m×half_n，则不对所述选取图像块做秘密信息嵌入操作；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)为偶数时，或者w(ss)＝1且H(tt)为奇数时，则不对所述选取图像块B(tt)做任何操作即完成1比特秘密信息的嵌入；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)＝1，则使得p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)。
优选的，所述秘密信息提取和视频认证步骤具体包括：
依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
设置tt＝0，w＝“”；
读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_keymod half_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；
选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；
否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，这里“||”表示字符串拼接；
否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，这里“||”表示字符串拼接；
如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
另一方面，本发明还提供一种数字视频内容安全认证的系统，所述系统包括：
秘密信息嵌入模块，用于对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
秘密信息提取和视频认证模块，用于根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
优选的，所述秘密信息嵌入模块具体用于：
依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
设置tt＝0，ss＝0；
读取比特序列中的比特信息w(ss)；
读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_key mod half_m，y＝V_key mod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；
计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
优选的，所述秘密信息提取和视频认证模块具体用于：
依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
设置tt＝0，w＝“”；
读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_keymod half_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；
选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；
否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，这里“||”表示字符串拼接；
否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，这里“||”表示字符串拼接；
如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
本发明提供的技术方案充分利用数字视频作为载体，根据密钥和哈希函数在数字视频的帧图像中确定一个秘密图像块隐藏用于认证的秘密信息，该方法仅需要改动一个像素的灰度值即可完成1比特秘密信息的嵌入，难以被感知，不会影响用户的体验，而且安全性极高，并且对数字视频造成的失真也尽可能的小，还具有较好的脆弱性，从而可实现对数字视频内容的真实性和完整性进行安全认证。
附图说明
图1为本发明一实施方式中数字视频内容安全认证的方法流程图；
图2为本发明一实施方式中数字视频内容安全认证的系统10的内部结构示意图。
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。
本发明具体实施方式提供了一种数字视频内容安全认证的方法，其中，所述方法主要包括如下步骤：
S11、秘密信息嵌入步骤：对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
S12、秘密信息提取和视频认证步骤：根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
本发明提供的一种数字视频内容安全认证的方法充分利用数字视频作为载体，根据密钥和哈希函数在数字视频的帧图像中确定一个秘密图像块隐藏用于认证的秘密信息，该方法仅需要改动一个像素的灰度值即可完成1比特秘密信息的嵌入，难以被感知，不会影响用户的体验，而且安全性极高，并且对数字视频造成的失真也尽可能的小，还具有较好的脆弱性，从而可实现对数字视频内容的真实性和完整性进行安全认证。
以下将对本发明所提供的一种数字视频内容安全认证的方法进行详细说明。
请参阅图1，为本发明一实施方式中数字视频内容安全认证的方法流程图。
在步骤S11中，秘密信息嵌入步骤：对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入。
在本实施方式中，秘密信息嵌入步骤S11具体包括S1101-S1112这12个子步骤，如下所示：
在子步骤S1101中，依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在子步骤S1102中，在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
在子步骤S1103中，将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
在子步骤S1104中，设置tt＝0，ss＝0；
在子步骤S1105中，读取比特序列中的比特信息w(ss)；
在子步骤S1106中，读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_keymod half_m，y＝V_key mod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
在子步骤S1107中，计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；在本实施方式中，其中p(i，j)表示帧图像中(i，j)位置处的像素灰度值，若选取图像块B(tt)是彩色图像，则将彩色图像该位置像素点的绿色值(即G值)作为灰度值计算；
在子步骤S1108中，选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；在本实施方式中，如果不止一个像素点灰度值最小，则随机选取一个即可；
在子步骤S1109中，选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
在子步骤S1110中，根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；在本实施方式中，子步骤S1110具体包括：
如果元素个数H(tt)＝half_m×half_n，则不对所述选取图像块做秘密信息嵌入操作；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)为偶数时，或者w(ss)＝1且H(tt)为奇数时，则不对所述选取图像块B(tt)做任何操作即完成1比特秘密信息的嵌入；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)＝1，则使得p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)。
在子步骤S1111中，计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
在子步骤S1112中，遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
在步骤S12中，秘密信息提取和视频认证步骤：根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
在本实施方式中，秘密信息提取和视频认证步骤S12具体包括S1201-S1212这12个子步骤，如下所示：
在子步骤S1201中，依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在子步骤S1202中，在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
在子步骤S1203中，设置tt＝0，w＝“”；
在子步骤S1204中，读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_key mod half_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；在本实施方式中，根据秘钥key1和哈希函数(如MD5)计算V_key＝MD5(key)的值；
在子步骤S1205中，计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；在本实施方式中，其中p(i，j)表示帧图像中(i，j)位置处的像素灰度值，若选取图像块B(tt)是彩色图像，则将彩色图像该位置像素点的绿色值(即G值)作为灰度值计算；
在子步骤S1206中，选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
在子步骤S1207中，如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；在本实施方式中，此时如果tt+1＜t＇，则tt＝tt+1，并跳转至子步骤S1204，否则，跳转至子步骤S1211；
在子步骤S1208中，否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，，这里“||”表示字符串拼接，如果tt+1＜t＇，则tt＝tt+1，并跳转至子步骤S1204；
在子步骤S1209中，否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，，这里“||”表示字符串拼接，如果tt+1＜t＇，则tt＝tt+1，并跳转至子步骤S1204；
在子步骤S1210中，如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
在子步骤S1211中，遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
在子步骤S1212中，根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
本发明提供的一种数字视频内容安全认证的方法充分利用数字视频作为载体，根据密钥和哈希函数在数字视频的帧图像中确定一个秘密图像块隐藏用于认证的秘密信息，该方法仅需要改动一个像素的灰度值即可完成1比特秘密信息的嵌入，难以被感知，不会影响用户的体验，而且安全性极高，并且对数字视频造成的失真也尽可能的小，还具有较好的脆弱性，从而可实现对数字视频内容的真实性和完整性进行安全认证。
本发明具体实施方式还提供一种数字视频内容安全认证的系统10，主要包括：
秘密信息嵌入模块11，用于对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
秘密信息提取和视频认证模块12，用于根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
本发明提供的一种数字视频内容安全认证的系统10，利用数字视频作为载体，根据密钥和哈希函数在数字视频的帧图像中确定一个秘密图像块隐藏用于认证的秘密信息，该方法仅需要改动一个像素的灰度值即可完成1比特秘密信息的嵌入，难以被感知，不会影响用户的体验，而且安全性极高，并且对数字视频造成的失真也尽可能的小，还具有较好的脆弱性，从而可实现对数字视频内容的真实性和完整性进行安全认证。
请参阅图2，所示为本发明一实施方式中数字视频内容安全认证的系统10的结构示意图。
在本实施方式中，数字视频内容安全认证的系统10，主要包括秘密信息嵌入模块11、秘密信息提取和视频认证模块12。
秘密信息嵌入模块11，用于对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入。
在本实施方式中，所述秘密信息嵌入模块11具体用于：
依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
设置tt＝0，ss＝0；
读取比特序列中的比特信息w(ss)；
读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_key mod half_m，y＝V_key mod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；
计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
在本实施方式中，秘密信息嵌入模块11的具体处理流程如前述的步骤S11所示，在此就不做重复描述。
秘密信息提取和视频认证模块12，用于根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
在本实施方式中，所述秘密信息提取和视频认证模块12具体用于：
依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
设置tt＝0，w＝“”；
读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_keymod half_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；
选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；
否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，这里“||”表示字符串拼接；
否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，这里“||”表示字符串拼接；
如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
在本实施方式中，秘密信息提取和视频认证模块12的具体处理流程如前述的步骤S12所示，在此就不做重复描述。
本发明提供的一种数字视频内容安全认证的系统10，利用数字视频作为载体，根据密钥和哈希函数在数字视频的帧图像中确定一个秘密图像块隐藏用于认证的秘密信息，该方法仅需要改动一个像素的灰度值即可完成1比特秘密信息的嵌入，难以被感知，不会影响用户的体验，而且安全性极高，并且对数字视频造成的失真也尽可能的小，还具有较好的脆弱性，从而可实现对数字视频内容的真实性和完整性进行安全认证。
值得注意的是，上述实施例中，所包括的各个单元只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。
另外，本领域普通技术人员可以理解实现上述各实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，相应的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘或光盘等。
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。

Claims (7)

1.一种数字视频内容安全认证的方法，其特征在于，所述方法包括：
秘密信息嵌入步骤：对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
秘密信息提取和视频认证步骤：根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
2.如权利要求1所述的数字视频内容安全认证的方法，其特征在于，所述秘密信息嵌入步骤具体包括：
依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
设置tt＝0，ss＝0；
读取比特序列中的比特信息w(ss)；
读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_key mod half_m，y＝V_keymod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；
计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
3.如权利要求2所述的数字视频内容安全认证的方法，其特征在于，所述根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入的步骤具体包括：
如果元素个数H(tt)＝half_m×half_n，则不对所述选取图像块做秘密信息嵌入操作；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)为偶数时，或者w(ss)＝1且H(tt)为奇数时，则不对所述选取图像块B(tt)做任何操作即完成1比特秘密信息的嵌入；
否则，如果w(ss)＝0且H(tt)＝1，则使得p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)；
否则，如果w(ss)＝0，H(tt)为奇数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)＞mean(tt)-L_v时，则p(Lx，Ly)＝p(Hx，Hy)；
否则，如果w(ss)＝1，H(tt)为偶数，且H_v-mean(tt)≤mean(tt)-L_v时，则p(Hx，Hy)＝p(Lx，Ly)。
4.如权利要求1所述的数字视频内容安全认证的方法，其特征在于，所述秘密信息提取和视频认证步骤具体包括：
依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
设置tt＝0，w＝“”；
读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_key modhalf_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；
选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；
否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，这里“||”表示字符串拼接；
否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，这里“||”表示字符串拼接；
如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
5.一种数字视频内容安全认证的系统，其特征在于，所述系统包括：
秘密信息嵌入模块，用于对数字视频中的每一幅帧图像选择修改一个像素灰度值以完成1比特秘密信息的嵌入；
秘密信息提取和视频认证模块，用于根据密钥从嵌入了秘密信息的数字视频进行秘密信息提取以实现对数字视频内容安全的认证。
6.如权利要求5所述的数字视频内容安全认证的系统，其特征在于，所述秘密信息嵌入模块具体用于：
依次按帧读取数字视频V中的每一幅帧图像I(j)，其中，j＝0，1，…，t-1，t表示数字视频V的总帧数；
在读取到的数字视频V中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m×n，其中，m表示该帧图像的行数，n表示该帧图像的列数，该帧图像中每一个像素都有一个坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m-1，n-1)；
将待嵌入的秘密信息转换为比特序列w(i)，i＝0,1,…,s-1，若所述秘密信息是一个字符串，则用m1表示字符串的长度，作为密钥key2，若所述秘密信息是一个二值图像，则对二值图像进行光栅扫描获得比特序列，比特序列大小s＝m1×n1，其中m1和n1分别表示二值图像的行数和列数，此时m1和n1作为密钥key2；
设置tt＝0，ss＝0；
读取比特序列中的比特信息w(ss)；
读取帧图像I(tt)中所选取得到的选取图像块B(tt)，该选取图像块B(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m，y-1+half_n)，该选取图像块B(tt)的大小为half_m×half_n，其中，0≤x＜half_m，0≤y＜half_n，x＝V_key mod half_m，y＝V_keymod half_n，V_key＝MD5(key1)，half_m＝Trunc(m/2)，half_n＝Trunc(n/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述选取图像块B(tt)中各像素点的灰度值均值mean(tt)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合H_set，计算集合H_set中的元素个数H(tt)，并计算出集合H_set中灰度值最小的像素点对应的位置坐标(Hx，Hy)和对应的灰度值H_v＝p(Hx，Hy)；
选取所述选取图像块B(tt)中灰度值小于所述灰度值均值mean(tt)的像素点组成集合L_set，计算出集合L_set中灰度值最大的像素点对应的位置坐标(Lx，Ly)和对应的灰度值L_v＝p(Lx，Ly)；
根据所述比特信息w(ss)的值以及元素个数H(tt)的奇偶性来完成1比特秘密信息的嵌入；
计算ss＝(ss+1)mod s，如果tt+1<t，则tt＝tt+1；
遍历数字视频V中的所有帧图像，依次嵌入秘密比特信息后，秘密信息嵌入过程终止，获取含秘密信息的数字视频V＇。
7.如权利要求5所述的数字视频内容安全认证的系统，其特征在于，所述秘密信息提取和视频认证模块具体用于：
依次按帧读取待认证的数字视频V＇中的每一幅帧图像I＇(j)，其中，j＝0，1，…，t＇-1，t＇表示数字视频V＇的总帧数；
在读取到的数字视频V＇中任意获取一帧图像，确定该帧图像的大小并记为m＇×n＇，其中，m＇表示该帧图像的行数，n＇表示该帧图像的列数，并依次确定该帧图像中每一个像素的位置坐标，左下角像素位置的坐标为(0，0)，右上角像素位置的坐标为(m＇-1，n＇-1)；
设置tt＝0，w＝“”；
读取帧图像I＇(tt)中所选取得到的待认证图像块B＇(tt)，该待认证图像块B＇(tt)的左下角位置坐标为(x，y)，右上角位置坐标为(x-1+half_m＇，y-1+half_n＇)，该待认证图像块B＇(tt)的大小为half_m＇×half_n＇，其中，0≤x＜half_m＇，0≤y＜half_n＇，x＝V_key modhalf_m＇，y＝V_key mod half_n＇，其中，V_key＝MD5(key1)，half_m＇＝Trunc(m＇/2)，half_n＇＝Trunc(n＇/2)，key1为密钥，MD5为哈希函数，Trunc()为截尾取整函数，mod为取模函数；
计算所述待认证图像块B＇(tt)中各像素点的灰度值均值mean＇(tt)；
选取所述待认证图像块B＇(tt)中灰度值不小于所述灰度值均值mean＇(tt)的像素点组成集合H＇_set，计算集合H＇_set中的元素个数H＇(tt)；
如果H＇(tt)＝half_m＇×half_n＇，则不对该待认证图像块B＇(tt)做提取操作；
否则，如果H＇(tt)为偶数，则w＝w||＂0＂，这里“||”表示字符串拼接；
否则，如果H＇(tt)为奇数，则w＝w||＂1＂，这里“||”表示字符串拼接；
如果tt+1<t＇，则tt＝tt+1；
遍历待认证的数字视频V＇中所有的帧图像，提取出秘密比特字符串w；
根据密钥key2将提取的秘密比特字符串w通过表决模型进行比特串还原和秘密信息还原，再根据还原的秘密信息判断该数字视频的内容是否被篡改从而实现对数字视频内容安全的认证。
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