一種基于整數(shù)dct系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息隱藏領(lǐng)域，特別涉及一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提 取方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 信息技術(shù)的不斷發(fā)展給人們生活帶來(lái)了便利，但同時(shí)也帶來(lái)了信息認(rèn)證、版權(quán)保 護(hù)、秘密通信等諸多問(wèn)題。信息隱藏技術(shù)可以很好地解決這些問(wèn)題。它是一項(xiàng)將秘密信息 嵌入常見(jiàn)載體，通過(guò)隱藏秘密通信本身來(lái)達(dá)到傳遞秘密信息目的的技術(shù)。
[0003] 互聯(lián)網(wǎng)和數(shù)字多媒體應(yīng)用技術(shù)的日益成熟，使得音頻、圖像、視頻等多媒體信息的 傳輸和交換十分便捷。視頻信息因其直觀性、確定性和高效性等特點(diǎn)，特別是近年來(lái)網(wǎng)絡(luò)流 媒體業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，使視頻數(shù)據(jù)流逐漸成為網(wǎng)絡(luò)通信流量的重要組成部分，但也成為一 種潛在的極具威脅性的信息隱藏載體。由于視頻一般要經(jīng)過(guò)壓縮編碼后再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳 輸，因此基于壓縮視頻流的信息隱藏研究在近年來(lái)得到了越來(lái)越多的重視，目前已有較多 相關(guān)文獻(xiàn)見(jiàn)諸報(bào)道?，F(xiàn)有的信息隱藏方法大致可分為以下幾類：基于幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式調(diào)制進(jìn) 行信息隱藏的方法；基于運(yùn)動(dòng)矢量調(diào)制進(jìn)行信息隱藏的方法；基于熵編碼碼元調(diào)制進(jìn)行信 息隱藏的方法；基于整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制進(jìn)行信息隱藏的方法。
[0004] 上述的幾種信息隱藏方法存在著以下問(wèn)題：幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式調(diào)制只在I幀出現(xiàn)；運(yùn) 動(dòng)矢量調(diào)制只在有幀間估計(jì)時(shí)才能應(yīng)用；熵編碼直接修改碼流元素會(huì)引入較大的視頻失 真；而整數(shù)變換在所有類型的編碼幀中都會(huì)出現(xiàn)，載體容量大，意味著嵌入容量大，另外，基 于整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制的信息隱藏算法一般都具有復(fù)雜性低，無(wú)需重編碼，較適合實(shí)時(shí)編碼 過(guò)程，具有更廣泛的利用空間的優(yōu)點(diǎn)。但是，現(xiàn)有的整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制信息隱藏方法存在嵌 入效率低、引入的碼率增加量大等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于，為克服現(xiàn)有技術(shù)中的整數(shù)變換系數(shù)調(diào)制信息隱藏方法存在著 上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法，該信息隱 藏及提取方法具有較高的嵌入效率。
[0006] 為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，所 述的信息隱藏方法包括：
[0007] 步驟1 )、構(gòu)建一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個(gè)維度有2N+1個(gè)坐標(biāo)，共 有（2N+1)N個(gè)元素，每個(gè)元素均為數(shù)值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進(jìn)制數(shù)，以任何一個(gè)元素 為中心，與其余維度上的2N個(gè)相鄰元素的數(shù)值共同構(gòu)成0至2N的連續(xù)整數(shù)；
[0008] 步驟2)、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過(guò)程中，根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公 式，計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的信息隱藏方法包 括： 步驟1)、構(gòu)建一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，該矩陣滿足每個(gè)維度有2N+1個(gè)坐標(biāo)，共有 (2N+1) N個(gè)元素,每個(gè)元素均為數(shù)值范圍在[0, 2N]之間的2N+1進(jìn)制數(shù)，以任何一個(gè)元素為 中心,與其余維度上的2N個(gè)相鄰元素的數(shù)值共同構(gòu)成0至2N的連續(xù)整數(shù)； 步驟2)、在H.264/AVC編碼視頻的宏塊過(guò)程中，根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公式， 計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則選擇為待嵌入宏塊；
其中，T是宏塊經(jīng)DCT變換后的系數(shù)矩陣，是矩陣T的元素 ，01與θ2是通過(guò)實(shí)驗(yàn) 計(jì)算得出的閾值，式中的"（iTd > Q1) ? 1:〇"表示如果ITijI > Q1成立，則取值為1，否 則取值為〇，"（|Tu| > Q1) ? |TU|:0"表示如果}1^| > Q1成立，則取值為|TU|，否則取 值為〇 ; 步驟3)、對(duì)步驟2)中得到的待嵌入宏塊通過(guò)logistic映射產(chǎn)生非周期不收斂的混沌 序列，對(duì)該混沌序列進(jìn)行整數(shù)量化后得到模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇序號(hào)選擇每個(gè)待 嵌入宏塊內(nèi)的14塊模板； 步驟4)、從步驟3)得到的每個(gè)14塊模板中選取N個(gè)量化后的非零AC系數(shù)作為一組載 體系數(shù)進(jìn)行信息嵌入，在每個(gè)待嵌入宏塊遍歷結(jié)束時(shí)不足N個(gè)的載體系數(shù)丟棄； 步驟5)、將步驟4)中獲得的一組載體系數(shù)映射到步驟1)構(gòu)建的N維2N+1階魔方矩陣 中，得到一個(gè)映射值；然后將該映射值與待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息進(jìn)行對(duì)比，如果兩 者數(shù)值相等，則不需要修改該組載體系數(shù)，否則根據(jù)以下公式調(diào)制系數(shù)，使得映射值等于待 嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息的數(shù)值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F(xiàn)表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數(shù)，Di是當(dāng)前要嵌入 的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 N維2N+1階魔方矩陣中任意元素的求值公式表示為： M (W1, W2,，· ·，Wh，Wn)=(評(píng)典+…+NWn) mod (2N+1) 其中，Μ^，W2,. .，Wn+ WN)表示N維2N+1階魔方矩陣的映射關(guān)系，W1, W2,. . .，Wn+ Wn為 N維2N+1階魔方矩陣的N個(gè)坐標(biāo)，且W1, W2,. . .，Wn+ Wn為[0, 2N]范圍內(nèi)的整數(shù)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟2)包括： 步驟2-1 )、在H. 264/AVC編碼視頻的宏塊過(guò)程中，抽取宏塊中的殘差經(jīng)整數(shù)DCT變化后 生成DCT系數(shù)的直流分量，組成一個(gè)4X4的矩陣DC ; 步驟2-2)、將步驟201)得到的矩陣DC再進(jìn)行一次DCT變換，得到一個(gè)4X4的矩陣T ; 步驟2-3)、統(tǒng)計(jì)矩陣T中的系數(shù)大于閾值h的個(gè)數(shù)，再根據(jù)平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì) 算公式對(duì)所有大于閾值h的系數(shù)計(jì)算獲得平均值，將該平均值作為該宏塊的平均復(fù)雜度量 化值，如果平均復(fù)雜度量化值大于閾值P，則將該宏塊選擇為待嵌入宏塊。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟3)包括： 步驟3-1)、確定logistic映射初值X。； 步驟3-2)、選取適當(dāng)?shù)摩讨狄詽M足3. 5699456 S μ <4,從而得到密鑰（μ，χ。）； 步驟3-3)、根據(jù)步驟3-2)得到的密鑰（μ，Χ(ι)產(chǎn)生非周期不收斂的混沌序列 (x1； X2, L, χη)； 步驟3-4)、對(duì)步驟3-3)得到的混沌序列中每個(gè)值Xk進(jìn)行0-65534整數(shù)量化后可得到 模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇序號(hào)選擇每個(gè)待嵌入宏塊內(nèi)的14塊模板，所述模板選擇序 號(hào)的計(jì)算公式表示為：
其中，yk表不模板選擇序號(hào)中的值，Lxi*65535j:表不不大于X k*65535的最大整數(shù)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法，其特征在于，所述的 步驟5)包括： 步驟5-1)、將步驟4)中獲得的一組載體系數(shù)通過(guò)如下映射關(guān)系映射到N維2N+1階魔 方矩陣中得到一個(gè)映射值： F (C1, c2, c3, ...，tv" cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cp1)，y (cN)) 其中，y (Ci)的計(jì)算公式表示為：
y表示一組系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣的映射函數(shù)，Ci表示載體系數(shù)； 步驟5-2)、將待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息與映射值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者數(shù)值相等， 則不需要修改該組載體系數(shù)，否則根據(jù)以下公式調(diào)制系數(shù)，使得映射值等于待嵌入的2N+1 進(jìn)制數(shù)秘密信息的數(shù)值，完成H. 264/AVC壓縮視頻中秘密信息的嵌入：
其中，F(xiàn)表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映射函數(shù)，Di是當(dāng)前要嵌入 的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息。
6. 基于權(quán)利要求1-5所述基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏方法所實(shí)現(xiàn)的信息提取方 法，其特征在于，所述的信息提取方法包括 ： 步驟201 )、將含有秘密信息的H. 264/AVC壓縮視頻進(jìn)行熵解碼后得到一個(gè)宏塊，根據(jù) 平均紋理復(fù)雜度（ACM)計(jì)算公式，計(jì)算出當(dāng)前宏塊的紋理復(fù)雜度，若滿足如下條件，則該宏 塊為已經(jīng)嵌入秘密信息的宏塊：
其中，T是宏塊經(jīng)DCT變換后的系數(shù)矩陣，是矩陣T的元素，01與θ2是通過(guò)實(shí)驗(yàn) 計(jì)算得出的閾值，式中的"（iTijl > Q1) ? 1 :〇"表示如ITijI > Q1成立，則取值為1，否則 取值為〇，"（|ΤυΙ > Q1) ? ITijI :〇"表示如果ITijI > G1成立，則取值為ITijI,否則取值 為〇 ; 步驟202)、對(duì)步驟201)中得到的已嵌入秘密信息的宏塊，通過(guò)logistic映射產(chǎn)生非周 期不收斂的混沌序列，對(duì)該混沌序列進(jìn)行整數(shù)量化后得到模板選擇序號(hào)，根據(jù)該模板選擇 序號(hào)選擇每個(gè)14塊模板； 步驟203)、從步驟202)得到的每個(gè)14塊模板中選取N個(gè)量化后的非零AC系數(shù)作為一 組載體系數(shù)進(jìn)行信息提取，在每個(gè)已嵌入信息宏塊遍歷結(jié)束時(shí)不足N個(gè)的載體系數(shù)丟棄； 步驟204)、將步驟203)中的N個(gè)載體系數(shù)映射到N維2N+1階魔方矩陣中提取一位已 嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息，提取的計(jì)算公式表示為： Di=F (C1, c2, ...，Cp1, cN) =M (y (C1)，y (C2)，...，y (Cim)，y (cN)) 其中
F表示載體系數(shù)與N維2N+1階魔方矩陣中的元素的映 射函數(shù)，Di是當(dāng)前已嵌入的一個(gè)2N+1進(jìn)制的秘密信息，y表示一組系數(shù)與N維2N+1階魔方 矩陣的映射函數(shù)，Ci表示載體系數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于整數(shù)DCT系數(shù)調(diào)制的信息隱藏及提取方法，通過(guò)構(gòu)造一個(gè)N維2N+1階魔方矩陣，并將載體系數(shù)以N個(gè)為一組分別映射到該N維2N+1階魔方矩陣中得到一個(gè)映射值，將待嵌入的2N+1進(jìn)制數(shù)秘密信息與映射值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者數(shù)值相等，則不需要修改該組載體系數(shù)，如果不相等，僅需修改其中一個(gè)載體系數(shù)，即可使得映射值等于待嵌入的值，通過(guò)修改一個(gè)載體系數(shù)完成秘密信息個(gè)比特的嵌入，嵌入效率高達(dá)且由于載體系數(shù)修改率僅為1/N，計(jì)算過(guò)程簡(jiǎn)單，提高了信息隱藏及提取的效率。
【IPC分類】H04N19-467, H04N19-176
【公開號(hào)】CN104683811
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201310629684
【發(fā)明人】李松斌, 付江云, 劉鵬, 戴瓊興, 鄧浩江
【申請(qǐng)人】中國(guó)科學(xué)院聲學(xué)研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2013年11月29日