[发明专利]一种H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法

摘要

本发明公开了一种H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，其包括H.264/AVC视频可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始视频恢复两部分；其在与H.264/AVC视频压缩编码标准相兼容的前提下选择4×4子块中的残差系数进行扩展或者移位实现可逆数据隐藏，不仅计算复杂度低，能够满足实时视频的应用需求，而且数据隐藏对H.264/AVC视频码流的码率影响很小；其将邻近的两个非零的残差系数配对作为基本的嵌入单元，通过修改二维残差系数直方图来对残差系数配对做扩展或者移位实现隐秘信息的嵌入，出现频率大的残差系数对嵌入隐秘信息的比特位数多，在保持较好感知质量的同时，能够提供高嵌入容量；其能够保证隐秘信息有效地被提取出，并且在提取隐秘信息后可以完全恢复原始视频。

主权项

1.一种H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，其特征在于包括H.264/AVC视频可逆数据隐藏、隐秘信息提取和原始视频恢复两部分；所述的H.264/AVC视频可逆数据隐藏的具体过程为：①_1、对H.264/AVC视频的码流进行熵解码，解码得到H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的每个宏块中的每个4×4子块中的所有的残差系数；①_2、将H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的第m个宏块定义为当前宏块，其中，1≤m≤M，M表示H.264/AVC视频中包含的预测模式为Intra_4×4预测模式的宏块的总个数；①_3、将当前宏块中的第n个4×4子块定义为当前子块，其中，1≤n≤N，N表示当前宏块中包含的4×4子块的总个数；①_4、按照Zig‑Zag顺序扫描当前子块中的所有的残差系数，同时按0,1,…,15的顺序对当前子块中的所有的残差系数进行编号；然后确定当前子块对应的隐秘信息嵌入区域，记为R_m,n，R_m,n＝[T_m,n,1,T_m,n,2]，其中，符号“[]”为区间表示符号，T_m,n,1和T_m,n,2均表示当前子块中的残差系数的编号，T_m,n,1和T_m,n,2的取值范围3≤T_m,n,1<T_m,n,2≤15；①_5、从当前子块中的所有的残差系数中提取出编号属于R_m,n的所有的残差系数，并构成一个残差系数子集；然后对当前子块对应的残差系数子集中的残差系数进行两两组合配对，具体为：当该残差系数子集中非零的残差系数的总个数为偶数时，按序将该残差系数子集中非零的残差系数两两组合配对；当该残差系数子集中非零的残差系数的总个数为奇数时，除该残差系数子集中的第1个非零的残差系数外按序将剩余的非零的残差系数两两组合配对；并将任一个配对记为其中，表示中的前一个残差系数，表示中的后一个残差系数；①_6、对当前子块对应的残差系数子集中前后两个残差系数均大于或等于2的每个配对进行移位以空出隐秘信息嵌入空间，对于如果且则对和均进行加1移位；然后在移位的基础上在当前子块对应的残差系数子集中的每个配对中嵌入隐秘信息，对于如果且或且则在中嵌入2个比特隐秘信息00或01或10或11；如果且或且则在中嵌入1个比特隐秘信息0或1，将嵌入隐秘信息后的配对记为对当前子块对应的残差系数子集中前一个残差系数小于或等于‑2且后一个残差系数大于或等于2的每个配对进行移位以空出隐秘信息嵌入空间，对于如果且则对进行减1移位，对进行加1移位；然后在移位的基础上在当前子块对应的残差系数子集中的每个配对中嵌入隐秘信息，对于如果且或且则在中嵌入2个比特隐秘信息00或01或10或11；如果且或且则在中嵌入1个比特隐秘信息0或1，将嵌入隐秘信息后的配对记为对当前子块对应的残差系数子集中前一个残差系数大于或等于2且后一个残差系数小于或等于‑2的每个配对进行移位以空出隐秘信息嵌入空间，对于如果且则对进行加1移位，对均进行减1移位；然后在移位的基础上在当前子块对应的残差系数子集中的每个配对中嵌入隐秘信息，对于如果且或且则在中嵌入2个比特隐秘信息00或01或10或11；如果且或且则在中嵌入1个比特隐秘信息0或1，将嵌入隐秘信息后的配对记为对当前子块对应的残差系数子集中前后两个残差系数均小于或等于‑2的每个配对进行移位以空出隐秘信息嵌入空间，对于如果且则对和均进行减1移位；然后在移位的基础上在当前子块对应的残差系数子集中的每个配对中嵌入隐秘信息，对于如果且或且则在中嵌入2个比特隐秘信息00或01或10或11；如果且或且则在中嵌入1个比特隐秘信息0或1，将嵌入隐秘信息后的配对记为①_7、令n＝n+1，将当前宏块中的下一个4×4子块作为当前子块，然后返回步骤①_4继续执行，直至当前宏块中的所有4×4子块处理完毕；其中，n＝n+1中的“＝”为赋值符号；①_8、令m＝m+1，将H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的下一个宏块作为当前宏块，然后返回步骤①_3继续执行，直至H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的所有宏块处理完毕；其中，m＝m+1中的“＝”为赋值符号；①_9、将H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的每个宏块中的每个4×4子块对应的隐秘信息嵌入区域的两个端点，发送到隐秘信息提取和原始视频恢复端；所述的隐秘信息提取和原始视频恢复的具体过程为：②_1、对含隐秘信息的H.264/AVC视频的码流进行熵解码，解码得到含隐秘信息的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的每个宏块中的每个4×4子块中的所有的残差系数；②_2、将含隐秘信息的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的第m个宏块定义为当前宏块，其中，1≤m≤M，M亦表示含隐秘信息的H.264/AVC视频中包含的预测模式为Intra_4×4预测模式的宏块的总个数；②_3、将当前宏块中的第n个4×4子块定义为当前子块，其中，1≤n≤N，N亦表示当前宏块中包含的4×4子块的总个数；②_4、按照Zig‑Zag顺序扫描当前子块中的所有的残差系数，同时按0,1,…,15的顺序对当前子块中的所有的残差系数进行编号；然后确定当前子块对应的隐秘信息提取区域，记为R'_m,n，R'_m,n＝[T'_m,n,1,T'_m,n,2]，其中，T'_m,n,1和T'_m,n,2均表示当前子块中的残差系数的编号，T'_m,n,1＝T_m,n,1，T'_m,n,2＝T_m,n,2；②_5、从当前子块中的所有的残差系数中提取出编号属于R'_m,n的所有的残差系数，并构成一个残差系数子集；然后对当前子块对应的残差系数子集中的残差系数进行两两组合配对，具体为：当该残差系数子集中非零的残差系数的总个数为偶数时，按序将该残差系数子集中非零的残差系数两两组合配对；当该残差系数子集中非零的残差系数的总个数为奇数时，除该残差系数子集中的第1个非零的残差系数外按序将剩余的非零的残差系数两两组合配对；并将任一个配对记为其中，表示中的前一个残差系数，表示中的后一个残差系数；②_6、在当前子块对应的残差系数子集中的每个配对中提取出隐秘信息，对于若或或则从中提取出2个比特隐秘信息00；若或或则从中提取出2个比特隐秘信息01；若或或则从中提取出2个比特隐秘信息10；若或或则从中提取出2个比特隐秘信息11；若或或或则从中提取出1个比特隐秘信息0；若或或或则从中提取出1个比特隐秘信息1；其中，符号“| |”为取绝对值符号，为大于2的整数，为大于2的整数，为小于‑2的整数，为大于2的整数；②_7、对当前子块对应的残差系数子集中的每个配对进行原始数据恢复，对于将经原始数据恢复后得到的配对记为若或或或则令且若或或或则令且若或或或则令且若或则令且若或则令且若或则令且若或则令且若且则令且其中，sign()为取符号函数，②_8、令n＝n+1，将当前宏块中的下一个4×4子块作为当前子块，然后返回步骤②_4继续执行，直至当前宏块中的所有4×4子块处理完毕；其中，n＝n+1中的“＝”为赋值符号；②_9、令m＝m+1，将含隐秘信息的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的下一个宏块作为当前宏块，然后返回步骤②_3继续执行，直至含隐秘信息的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的所有宏块处理完毕；其中，m＝m+1中的“＝”为赋值符号。