基于H.265/HEVC的视频信息隐藏技术研究

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信息隐藏技术作为信息安全领域的研究热点之一,近年来得到了广泛的应用与发展。该技术利用人类感知及数字媒体的冗余,将秘密信息通过特定的信息隐藏算法嵌入到指定的载体中。视频作为当下较为常见的一种信息传播媒体,由于其直观且所含信息量丰富,逐渐成为多媒体通信中的主要角色。与文字、图像和音频等信息隐藏载体相比,视频具有数据量大、信息冗余多以及嵌入位置丰富等优势。结合视频编码标准实现信息隐藏是目前视频信息隐藏技术的主要研究方向。高效率视频编码H.265/HEVC是新一代高清视频编码标准,编码效率较上一代标准H.264/AVC得到了较大的提高。基于HEVC的视频信息隐藏技术的具有重要的研究价值。本文针对H.265/HEVC视频编码标准,在深入分析编码特性和已有算法的基础上,提出基于HEVC的视频信息隐藏算法和视频可逆信息隐藏算法,主要创新点和研究内容如下:1、针对HEVC所采用的基于上下文的自适应二进制算术编码(CABAC)的熵编码技术,提出一种基于CABAC的视频信息隐藏算法。通过分析HEVC编码标准中CABAC的编码流程以及语法元素abs_mvd_minus2的特性,论述将该语法元素经过EGk编码得到的后缀码字作为信息嵌入位置的可行性和优势所在,并结合矩阵编码和二进制位替换方法对后缀码字进行修改,实现了秘密信息的嵌入。实验结果表明,本算法在不影响编码比特率的同时,能够保证编码重建视频的主客观质量,对解码重建视频客观质量的影响有限。在嵌入容量方面,本文提出的算法明显优于通过替换码字的最后一位完成信息嵌入的传统算法。当嵌入阈值为0时,本算法在嵌入容量上比传统算法至少高出15.34%;当嵌入阈值为2时,比传统算法至少高出33.28%。2、针对医疗和司法等某些无法容忍载体失真的特定场景,提出一种基于改进二维直方图移位(2DHS)的视频可逆信息隐藏算法。在第一种算法的基础上,进一步分析了HEVC中语法元素abs_mvd_minus2的数值分布特征,论述使用传统1DHS和2DHS算法对该语法元素进行可逆信息隐藏的可行性以及算法在嵌入容量方面的局限性。并针对该语法元素的统计特性,对传统的2DHS算法进行改进,在不影响可逆性的同时提升了嵌入容量。实验结果表明,本算法保证了编码重建视频的主客观不可感知性,并且可以无失真的恢复解码重建视频。与传统2DHS算法相比,本算法对编码比特率的影响略小,比特率增长率的下降幅度约为0.01%-0.03%。与此同时,本算法在嵌入容量上至少能够提升21.60%,在嵌入效率上也略有提升。
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