数字视频隐藏算法设计原理

作者:钮可 刊名:黑龙江科技信息 上传者:邱永文

【摘要】本文主要对数字视频隐藏技术原理做了分析,对隐藏算法的设计提出了设计方案。论文从嵌入方法,隐藏容量及安全性三个方面对压缩域视频隐藏技术进行了讨论,对视频隐藏算法的设计具有一定的积极意义。

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1概述基于压缩域视频的隐蔽通信技术是这几年的发展趋势,其主要原因是在压缩域嵌入信息具有如下优势:(1)从压缩的视频流中易于得到运动、纹理等信息,嵌入速度快,有助于实现信息的实时隐蔽和提取;(2)在不改变视频流格式的前提下,通过适当修改语法元素,如运动矢量、残差系数等,可以与视频编码标准有良好的兼容性,且可避免空间域嵌入算法在有损压缩时易受损的问题[1]。但是,压缩域嵌入信息也存在以下困难:(1)视频编码后码流的冗余信息大幅度减少,可供信息嵌入的容量也相对较小,且不利于算法的鲁棒性;(2)嵌入策略通常受到相应视频压缩算法和编码标准的局限;(3)视频流在格式(包括编码标准、码率、帧率或空间分辨率)改变时,难以检测嵌入的信息。本文主要针对压缩域视频的隐写原理进行分析,并在此基础上讨论了设计压缩域视频隐藏算法的原理。2适合数字视频的信息嵌入技术由于数字视频数据量较大,一般都以压缩的形式存在,隐藏算法除了必须不破坏视频原有格式以外还应当具有:(1)隐藏容量不能太低;(2)隐藏信息后的载体在传输过程中受到各种攻击时能还能够正确提取出原本嵌入在其中的信息,即算法要求具有一定的鲁棒性;(3)算法的复杂度不能太高。为了使得隐藏算法和视频压缩标准相互兼容,基于DCT域的信息嵌入技术和基于运动矢量的信息嵌入技术能够较好的适用于视频压缩域的信息隐藏。2.1基于DCT域的信息嵌入技术DCT域的信息隐藏技术发展比较成熟,有较多的算法可以借鉴和比较[2]。经过DCT变换后,视频帧中能量分布变得更加集中,这便于灵活的在高频部分和低频部分选择相应的位置隐藏信息,使得鲁棒性与不可见性得到一个较好的平衡。结合信息隐藏容量分析理论,在DCT域中便于设计出具有较高隐藏容量的算法。视频帧经过DCT变换后,变换系数几乎不相关,能较好的去除视频帧内的空间相关性,经过反变换重构帧,信道误差和量化误差将象随机噪声一样分散到块中的各个像素中去,不会造成误差积累。变换能将数据块中的能量压缩到直流系数和为数不多的几个低频变换系数中去,这样它可以大大提高对加噪和滤波的鲁棒性,这是因为经过逆变换后,所加入的信息基本均匀地分散到整个视频帧上,这就使在一定程度范围内,噪声和滤波不能干扰隐藏的信息;同时对原始视频的影响不容易被感知,因此便于设计出能对低通滤波、有损压缩、加噪等常规攻击具有较好的鲁棒性和不可见性的算法。目前视频压缩算法依赖于两种基本技术:基于像块的运动补偿技术和基于变换域的压缩编码技术,前者主要用于减少时间冗余而后者主要用于减少空间冗余。现阶段的视频压缩编码技术绝大部分利用了离散余弦变换(DCT),因此采用在DCT域中隐藏信息的方法能和现有的视频压缩算法紧密结合起来,使得信息隐藏与提取的过程和压缩与解压的过程同时进行,极大提高算法的效率。2.2基于运动矢量的信息嵌入技术对于当前视频最常用的MPEG系列压缩标准中,其压缩码流当中包含头部信息、DCT系数信息、运动矢量信息等几个部分,其中从数据量角度看,DCT系数信息占比重最大,运动信息次之,其它头部信息最少。从信息调制对整个系统影响角度分析,DCT系数信息的变化会产生对重建图像质量的直接影响,但在有效控制范围之内的变化并不容易被视觉察觉;对运动信息的轻微调制[3],往往不会直接体现在当前帧的编码质量之上,这是由于其后的差值传递模式将弥补这种变化,只有在恒定码率约束条件下,逐步累积的效率降低将会对其后的编码帧造成质量影响。同时,由于在运动预测环节上,MPEG系列压缩标准采取了较多的开放部分,使得各个系统可以自己采用自行设计的算法进行优化,因此在这一环节上

参考文献

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