發(fā)布時(shí)間：2020-07-26 11:56

【摘要】：視頻信息隱藏是信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一,通過將隱秘信息以特定的方法嵌入到載體視頻中,實(shí)現(xiàn)重要信息的隱秘傳輸。由于隱秘信息的存在對(duì)載體視頻本身影響微小,所以攻擊者難以發(fā)現(xiàn)隱秘信息的存在,從而提高了隱秘信息的安全性。HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)高清視頻壓縮的新一代編碼標(biāo)準(zhǔn),即將得到廣泛應(yīng)用,針對(duì)HEVC視頻的信息隱藏算法具有極大的應(yīng)用價(jià)值。本文首先提出了一種基于HEVC視頻P幀PU劃分模式的視頻信息隱藏算法,在32×32和16×16兩種大小的CU塊中使用不同的幀間預(yù)測PU劃分模式來代表不同的二進(jìn)制信息,能夠在不影響視頻視覺質(zhì)量的情況下實(shí)現(xiàn)隱秘信息的嵌入。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,基于PU劃分模式的視頻信息隱藏算法具有對(duì)視頻視覺質(zhì)量影響小的優(yōu)點(diǎn),但是嵌入容量與基于變換域的信息隱藏算法相比較少。針對(duì)嵌入容量有限的問題,本文進(jìn)一步提出了一種改進(jìn)的基于PU劃分模式的多層次大容量HEVC視頻信息隱藏算法,加入了對(duì)8×8和64×64兩種大小CU塊的修改,并設(shè)置了四種層次的嵌入策略,可根據(jù)需要嵌入信息的長度靈活選擇。經(jīng)過進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,所提出的改進(jìn)算法保留了嵌入視頻視覺質(zhì)量良好的特點(diǎn),并且通過合理地安排嵌入策略,在高清視頻較高畫質(zhì)情況下嵌入容量達(dá)到甚至超過基于變換域的信息隱藏算法。由于所提出的視頻信息隱藏算法僅需修改HEVC視頻的P幀PU劃分模式,且經(jīng)過修改的視頻具有良好的圖像視覺質(zhì)量。在高清和超高清視頻愈發(fā)流行的今天,HEVC編碼標(biāo)準(zhǔn)勢(shì)必將得到廣泛應(yīng)用。為了減少高清視頻所占用帶寬,使用更多的P幀取代Ⅰ幀是進(jìn)一步減少冗余信息的重要途徑。因此,與基于變換域和幀內(nèi)預(yù)測模式等僅能在Ⅰ幀進(jìn)行嵌入的算法相比,本文提出的兩種基于P幀PU劃分模式的HEVC視頻信息隱藏算法更適合在高清視頻高畫質(zhì)的需求下實(shí)現(xiàn)大容量的隱秘信息嵌入,本文的研究具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TN919.81;TP309
【圖文】：

圖３－１邋ＨＥＶＣ視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)框架結(jié)構(gòu)圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－１邋ＨＥＶＣ邋ｃｏｄｉｎｇ邋ｆｒａｍｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．逡逑圖３－１是ＨＥＶＣ視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)的算法框架結(jié)構(gòu)圖。幀序列是指正在進(jìn)行ＨＥＶＣ逡逑編碼壓縮的視頻圖像幀序列，以圖像幀為單位依次進(jìn)行壓縮編碼。對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行逡逑壓縮編碼時(shí)，也需要將圖像切分為特定大小的圖像塊進(jìn)行處理，并選擇使用何種逡逑模式進(jìn)行冗余信息的去除。ＨＥＶＣ編碼標(biāo)準(zhǔn)中有幀內(nèi)預(yù)測模式和幀間預(yù)測模式兩逡逑種進(jìn)行冗余信息去除的方式，第一幅進(jìn)行編碼的圖像幀只能選擇幀內(nèi)預(yù)測模式，逡逑而其他的視頻圖像幀可以根據(jù)設(shè)置任意選擇。如果當(dāng)前圖像塊選擇通過幀內(nèi)預(yù)測逡逑模式來編碼，那么就需要參考當(dāng)前幀中己經(jīng)完成編碼和重建的部分圖像塊，完成逡逑對(duì)當(dāng)前處理的圖像塊的預(yù)測。預(yù)測結(jié)果中的殘差值經(jīng)過變換和量化的過程后會(huì)進(jìn)逡逑行重新排序和熵編碼的過程，最終形成壓縮得到的視頻碼流。經(jīng)過變換和量化的逡逑圖像塊信息還將同時(shí)進(jìn)行反變換和反量化過程，并與參考圖像塊的信息結(jié)合完成逡逑當(dāng)前圖像塊壓縮編碼結(jié)果的圖像重建，為后續(xù)要進(jìn)行編碼壓縮操作的圖像塊提供逡逑參考。當(dāng)整個(gè)當(dāng)前幀完成幀內(nèi)壓縮后

圖３－２幀內(nèi)預(yù)測像素塊預(yù)測殘差示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｉｎｔｒａ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋ｒｅｓｉｄｕａｌ．逡逑舉一個(gè)簡單的例子，假設(shè)圖３－２中左側(cè)的矩陣是一副圖像的部分像素值，這些逡逑像素值的大小均超過一百，如果使用比特來表示，每個(gè)像素都將占用八個(gè)比特。逡逑如果按照幀內(nèi)預(yù)測的思路，使用左側(cè)像素的像素值對(duì)右側(cè)的相鄰像素進(jìn)行預(yù)測，逡逑保留預(yù)測的殘差，可以得到圖３－２右側(cè)的矩陣。為便于計(jì)算，所使用的預(yù)測方式是逡逑直接將左側(cè)像素的像素值作為右側(cè)像素的預(yù)測結(jié)果，用右側(cè)像素實(shí)際的像素值減逡逑去預(yù)測得到的像素值就是預(yù)測殘差。在圖３－２右側(cè)這個(gè)矩陣中，僅有左側(cè)第一列的逡逑數(shù)據(jù)是原始值，而將第一列的數(shù)據(jù)加上第二列的預(yù)測殘差，就可以還原出第二列逡逑像素的原始像素值。同理可得，第三列與第四列的原始像素值也能夠通過相同的逡逑步驟來得到。而在占用數(shù)據(jù)量方面

圖３－３幀間預(yù)測示意圖逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋Ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｉｎｔｅｒ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．逡逑用一個(gè)簡單的例子來說明，圖３－３中的當(dāng)前幀代表正在進(jìn)行壓縮操作的圖像逡逑幀，而參考幀是當(dāng)前幀在視頻序列中的前一幀，己經(jīng)完成了壓縮和重建過程。由逡逑于相鄰的圖像幀時(shí)間差距非常小，兩幅幀圖像的內(nèi)容十分相似。但是由于作為運(yùn)逡逑動(dòng)物體的五角星發(fā)生了位移，所以兩幅圖像幀中五角星位置略有區(qū)別。幀間預(yù)測逡逑的過程就是通過參考幀的圖像幀內(nèi)容對(duì)當(dāng)前幀進(jìn)行預(yù)測，顯然用同樣形狀的五角逡逑星來進(jìn)行預(yù)測可以使得當(dāng)前幀的預(yù)測殘差降至最低，但是由于物體位移的影響，逡逑無法準(zhǔn)確知道物體的原始位置。此時(shí)，需要在當(dāng)前幀物體的周圍設(shè)定一個(gè)候選區(qū)逡逑域，然后在這個(gè)候選區(qū)域內(nèi)進(jìn)行查找，直到找到最優(yōu)的匹配區(qū)域。使用最優(yōu)匹配逡逑區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前幀的物體進(jìn)行預(yù)測可以獲得最小的預(yù)測殘差

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 王家驥;王讓定;李偉;徐達(dá)文;徐健;;HEVC幀內(nèi)預(yù)測模式和分組碼的視頻信息隱藏[J];光電子·激光;2015年05期

2 王家驥;王讓定;李偉;徐達(dá)文;嚴(yán)迪群;;一種基于幀內(nèi)預(yù)測模式的HEVC視頻信息隱藏算法[J];光電子.激光;2014年08期

3 袁開國;張茹;許欣;鈕心忻;楊義先;;基于MPEG-4編碼原理的信息隱藏算法設(shè)計(jì)[J];通信學(xué)報(bào);2009年05期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 王家驥;基于幀內(nèi)預(yù)測模式的HEVC視頻信息隱藏方法研究[D];寧波大學(xué);2015年

2 魏芳芳;基于幀內(nèi)預(yù)測的視頻信息隱藏技術(shù)研究[D];西南交通大學(xué);2015年

本文編號(hào)：2770735