[发明专利]一种加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种数据隐藏技术，尤其是涉及一种加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法。

背景技术

随着网络环境的优化以及视频编码与通信技术的日益成熟，数字视频的应用范围越来越广泛。但是视频数据安全与隐私保护需求属于无法回避的核心问题。确保视频数据安全性的最佳方法之一就是对视频进行加密，这样攻击者即使获得了视频数据也无法获得其内容，保证了敏感视频的安全。如果敏感视频在参与运算之前需先解密，这就意味着在敏感视频的整个生命周期中，至少有一部分时间是以明文形式存在的，这样会带来严重的隐私问题。加密域信号处理可以在隐私保护的同时进行视频数据运算，可以帮助解决视频安全和隐私的担忧。

通常服务商希望在加密视频中嵌入一些附加消息，如来源信息、所有者身份或者认证数据等，用于管理加密视频。同时，在一些重要的应用场合，如医学诊断、法庭认证、军事/航空等敏感领域往往需要在提取附加消息后能精确地恢复原宿主信息。例如，为保护病人隐私，对医学影像等视频信息进行了加密，数据库管理者会在相应的加密视频中嵌入病人的隐私信息和认证信息。为了不影响诊断，授权的医生希望在解密和提取附加信息后，可以完全恢复原始视频内容。可见，如何对加密域视频进行数据隐藏，以及如何保证解密和提取隐藏信息之后数字视频内容的完整性是十分重要的。

然而，无论视频加密还是视频数据隐藏，都要考虑视频压缩编码的影响。鉴于H.264/AVC高效的编码性能和良好的网络适应性，也是目前应用最普及的视频编码标准，加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏技术无疑将成为学术界研究的热点。虽然H.264/AVC视频可逆数据隐藏和H.264/AVC视频加密都得到了快速发展，但是数据变成密文后丧失了原有特性，导致现有的H.264/AVC视频可逆数据隐藏技术失效。如何在密文前提下实现可逆数据隐藏，国内外的研究也才刚刚开始，加密和可逆数据隐藏的结合还有很多难点问题有待解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，其在与H.264/AVC视频压缩编码标准相兼容的前提下对H.264/AVC视频进行加密，且加密安全性高，同时能够在加密后的H.264/AVC视频中进行可逆数据隐藏，能够保证隐秘信息在加密域和解密域H.264/AVC视频中都能有效地被提取出，并且在解密和提取隐秘信息后可以完全恢复原始视频。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，其特征在于包括H.264/AVC视频加密、加密域的H.264/AVC视频可逆数据隐藏以及隐秘数据提取三部分；

所述的H.264/AVC视频加密的处理过程为：对于原始的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_4×4预测模式的所有宏块，利用第一密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中模式标志位为0的4×4子块的预测模式的码字的最后3位比特进行比特异或加密，完成每个宏块的预测模式的加密，并利用第四密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中的每个4×4子块中的每个非零残差系数的符号位进行比特异或加密，完成每个4×4子块的残差系数的加密；对于原始的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_16×16预测模式的所有宏块，利用第二密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块的预测模式的码字的最后1位比特进行比特异或加密，完成每个宏块的预测模式的加密，并利用第四密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中的每个非零残差系数的符号位进行比特异或加密，完成每个宏块的残差系数的加密；对于原始的H.264/AVC视频中预测模式为Intra_chroma预测模式的所有宏块，对每个宏块的预测模式不加密，而利用第四密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中的每个非零残差系数的符号位进行比特异或加密，完成每个宏块的残差系数的加密；对于原始的H.264/AVC视频中预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分不为0的所有宏块，利用第三密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块的运动矢量差分的指数哥伦布码字的最后1位比特进行比特异或加密，完成每个宏块的运动矢量差分的加密，并利用第四密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中的每个非零残差系数的符号位进行比特异或加密，完成每个宏块的残差系数的加密；对于原始的H.264/AVC视频中预测模式为帧间预测模式且运动矢量差分为0的所有宏块，对每个宏块的运动矢量差分不加密，而利用第四密钥生成的二值伪随机序列对每个宏块中的每个非零残差系数的符号位进行比特异或加密，完成每个宏块的残差系数的加密；通过上述加密得到加密域的H.264/AVC视频；