[发明专利]一种基于帧内预测模式差值的HEVC视频的信息隐藏方法

摘要

本发明公开了一种基于帧内预测模式差值的HEVC视频的信息隐藏方法，其通过分析HEVC编解码结构，针对4×4的预测单元，在帧内预测编码过程中调制预测模式嵌入隐秘信息，利用连续的两个4×4的预测单元的预测模式的差值，根据不同映射规则嵌入两位或三位比特隐秘信息，提高了隐藏容量；由于修改预测模式对嵌入隐秘信息后的视频的主客观质量影响很大，因此本发明方法对于预测模式都为0或1的两个预测单元，根据隐秘信息的奇偶性修改预测模式嵌入两位比特隐秘信息，对于预测模式都有方向性的两个预测单元，通过两个预测单元的预测模式的差值嵌入三位比特隐秘信息，其他情况不嵌入隐秘信息，这种方式降低了因嵌入隐秘信息造成的视频质量的下降。

主权项

一种基于帧内预测模式差值的HEVC视频的信息隐藏方法，包括隐秘信息嵌入和隐秘信息提取两部分，其特征在于：所述的隐秘信息嵌入部分具体包括以下步骤：①‑1、在隐秘信息嵌入端，将待嵌入隐秘信息的原始的HEVC视频中当前待编码的帧定义为当前编码帧；①‑2、判断当前编码帧是否为I帧，如果是，则将当前编码帧中当前待处理的第i个预测单元定义为当前预测单元，然后执行步骤①‑3；否则，对当前编码帧不处理，然后执行步骤①‑11；其中，1≤i≤I，i的初始值为1，I表示当前编码帧中包含的预测单元的总个数；①‑3、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则执行步骤①‑4；否则，对当前预测单元不处理，然后令i＝i+1，再执行步骤①‑10；其中，i＝i+1中的“＝”为赋值符号；①‑4、将以当前预测单元为开始的四个连续的尺寸大小为4×4的预测单元作为一个预测单元组合，然后按序将预测单元组合中的前两个预测单元分为第一组，将预测单元组合中的后两个预测单元分为第二组；接着将预测单元组合中的第一组定义为当前组；①‑5、对当前组中的两个预测单元进行帧内预测编码，在帧内预测编码过程中确定当前组中的两个预测单元各自的预测模式，如果当前组中的两个预测单元各自的预测模式的数字标识在区间[2,34]内，则取出待嵌入的隐秘信息中的第p位比特信息p1、第p+1位比特信息p2和第p+2位比特信息p3作为当前待嵌入的三位比特信息，然后将当前待嵌入的三位比特信息转换成一个十进制值，记为ti，ti＝22×p1+2×p2+p3，接着计算当前组中的两个预测单元的预测模式的差值的绝对值的余值，记为Frem，Frem＝|M1‑M2|mod23，之后计算ti与Frem的差值的绝对值，记为m，m＝|Frem‑ti|，再执行步骤①‑6；如果当前组中的一个预测单元的预测模式的数字标识在区间[2,34]内，而另一个预测单元的预测模式的数字标识为0或1，则对当前组中的两个预测单元各自的预测模式不进行修改，当前组中的两个预测单元没有嵌入隐秘信息，然后执行步骤①‑8；如果当前组中的两个预测单元各自的预测模式的数字标识为0或1，则取出待嵌入的隐秘信息中的第p位比特信息和第p+1位比特信息作为当前待嵌入的两位比特信息，然后执行步骤①‑7；其中，p的初始值为1，符号“| |”为取绝对值符号，M1和M2对应表示当前组中的第1个预测单元的预测模式和第2个预测单元的预测模式的数字标识，mod为求余运算符号；①‑6、根据ti、Frem和m，对当前组中的两个预测单元各自的预测模式进行修改，具体过程如下：1)若Frem>ti、m≤22且M1≥M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，符号为向上取整符号，符号为向下取整符号，和及M1＝M1'和M2＝M2'中的“＝”为赋值符号；2)若Frem>ti、m≤22且M1<M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；3)若Frem>ti、m>22且M1≥M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，m1＝23‑|Frem‑ti|，符号“||”为取绝对值符号，和中的“＝”为赋值符号；4)若Frem>ti、m>22且M1<M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；5)若Frem≤ti、m≤22且M1≥M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；6)若Frem≤ti、m≤22且M1<M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；7)若Frem≤ti、m>22且M1≥M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；8)若Frem≤ti、m>22且M1<M2，则令并令然后令M1＝M1'，M2＝M2'，其中，和中的“＝”为赋值符号；然后对修改后的预测模式作如下处理：a、若M1和M2均在区间[2,34]内，则对修改后的预测模式不作处理，对当前组中的两个预测单元采用修改后的预测模式重新进行帧内预测编码，再令p＝p+3，之后执行步骤①‑8，其中，p＝p+3中的“＝”为赋值符号；b、若M1和M2中有一个不在区间[2,34]内，则对修改后的预测模式进行再次修改，具体过程如下：1)若M1<2或者M2<2，并且M1<4、M2<4，则令M1″＝M1+4，并令M2″＝M2+4，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M1″＝M1+4和M2″＝M2+4及M1＝M1″和M2＝M2″中的“＝”为赋值符号；2)若M1>34或者M2>34，并且M1>32、M2>32，则令M1″＝M1‑4，并令M2″＝M2‑4，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M1″＝M1‑4和M2″＝M2‑4中的“＝”为赋值符号；3)若M1<2、M2≥2，则令M1″＝2，并令M2″＝M2+M1‑2，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M2″＝M2+M1‑2中的“＝”为赋值符号；4)若M1≥2、M2<2，则令M1″＝M1+M2‑2，并令M2″＝2，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M1″＝M1+M2‑2中的“＝”为赋值符号；5)若M1>34、M2≥2，则令M1″＝34，并令M2″＝M2+M1‑36，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M2″＝M2+M1‑36中的“＝”为赋值符号；6)若M1≥2、M2>34，则令M1″＝M1+M2‑36，并令M2″＝34，然后令M1＝M1″，M2＝M2″，其中，M1″＝M1+M2‑36中的“＝”为赋值符号；在再次修改后，对当前组中的两个预测单元采用再次修改后的预测模式重新进行帧内预测编码，再令p＝p+3，之后执行步骤①‑8，其中，p＝p+3中的“＝”为赋值符号；①‑7、根据当前待嵌入的两位比特信息，修改当前组中的两个预测单元各自的预测模式，对于当前组中的第1个预测单元，如果当前待嵌入的两比特信息的第一位信息为0，则当当前组中的第1个预测单元的预测模式的数字标识为0时，对当前组中的第1个预测单元的预测模式不进行修改，当当前组中的第1个预测单元的预测模式的数字标识为1时，对当前组中的第1个预测单元的预测模式进行修改，使其数字标识为0，然后采用修改后的预测模式对当前组中的第1个预测单元重新进行帧内预测编码；如果当前待嵌入的两比特信息的第一位信息为1，则当当前组中的第1个预测单元的预测模式的数字标识为0时，对当前组中的第1个预测单元的预测模式进行修改，使其数字标识为1，然后采用修改后的预测模式对当前组中的第1个预测单元重新进行帧内预测编码，当当前组中的第1个预测单元的预测模式的数字标识为1时，对当前组中的第1个预测单元的预测模式不进行修改；对于当前组中的第2个预测单元，如果当前待嵌入的两比特信息的第二位信息为0，则当当前组中的第2个预测单元的预测模式的数字标识为0时，对当前组中的第2个预测单元的预测模式不进行修改，当当前组中的第2个预测单元的预测模式的数字标识为1时，对当前组中的第2个预测单元的预测模式进行修改，使其数字标识为0，然后采用修改后的预测模式对当前组中的第2个预测单元重新进行帧内预测编码；如果当前待嵌入的两比特信息的第二位信息为1，则当当前组中的第2个预测单元的预测模式的数字标识为0时，对当前组中的第2个预测单元的预测模式进行修改，使其数字标识为1，然后采用修改后的预测模式对当前组中的第2个预测单元重新进行帧内预测编码，当当前组中的第2个预测单元的预测模式的数字标识为1时，对当前组中的第2个预测单元的预测模式不进行修改；在当前组中的两个预测单元各自的预测模式处理完毕后，当前组中的两个预测单元已嵌入隐秘信息，然后令p＝p+2，再执行步骤①‑8，其中，p＝p+2中的“＝”为赋值符号；①‑8、将预测单元组合中的第二组作为当前组，然后返回步骤①‑5继续执行，当预测单元组合中的两组处理完毕后，执行步骤①‑9；①‑9、如果预测单元组合中的两组中各自的两个预测单元满足：其中一个预测单元的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，另一个预测单元的原始预测模式的数字标识为0或1，则确定预测单元组合中的所有预测单元均没有嵌入隐秘信息，然后令i＝i+4，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4中的“＝”为赋值符号；如果预测单元组合中的两组满足：其中一组中的两个预测单元各自的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，另一组中的两个预测单元各自的原始预测模式的数字标识为0或1，则在预测模式修改后的前提下，比较预测单元组合中的所有预测单元的率失真代价之和与这四个尺寸大小为4×4的预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p‑5，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4和p＝p‑5中的“＝”为赋值符号；如果预测单元组合中的两组满足：其中一组中的两个预测单元各自的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，另一组中的其中一个预测单元的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，而另一个预测单元的原始预测模式的数字标识为0或1，则在预测模式修改后的前提下，比较预测单元组合中的所有预测单元的率失真代价之和与这四个尺寸大小为4×4的预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p‑3，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4和p＝p‑3中的“＝”为赋值符号；如果预测单元组合中的两组满足：其中一组中的两个预测单元各自的原始预测模式的数字标识为0或1，另一组中的其中一个预测单元的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，而另一个预测单元的原始预测模式的数字标识为0或1，则在预测模式修改后的前提下，比较预测单元组合中的所有预测单元的率失真代价之和与这四个尺寸大小为4×4的预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p‑2，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4和p＝p‑2中的“＝”为赋值符号；如果预测单元组合中的两组满足：两组中共四个预测单元各自的原始预测模式的数字标识在区间[2,34]内，则在预测模式修改后的前提下，比较预测单元组合中的所有预测单元的率失真代价之和与这四个尺寸大小为4×4的预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p‑6，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4和p＝p‑6中的“＝”为赋值符号；如果预测单元组合中的两组满足：两组中共四个预测单元各自的原始预测模式的数字标识为0或1，则在预测模式修改后的前提下，比较预测单元组合中的所有预测单元的率失真代价之和与这四个尺寸大小为4×4的预测单元的上一级尺寸大小为8×8的预测单元的率失真代价，当前者小于后者时，选择尺寸大小为4×4的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型；当前者大于或等于后者时，选择尺寸大小为8×8的预测单元作为对应的尺寸大小为8×8的编码单元的预测单元类型，然后令i＝i+4，并令p＝p‑4，再执行步骤①‑10，其中，i＝i+4和p＝p‑4中的“＝”为赋值符号；①‑10、将当前编码帧中待处理的第i个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤①‑3继续执行，直至当前编码帧中的所有预测单元处理完毕；①‑11、将原始的HEVC视频中的下一帧待编码的帧作为当前编码帧，然后返回步骤①‑2继续执行，直至隐秘信息全部嵌入完毕或原始的HEVC视频中的所有帧处理完毕；所述的隐秘信息提取部分具体包括以下步骤：②‑1、在隐秘信息提取端，利用HEVC标准解码器对其接收到的含隐秘信息的HEVC视频码流进行解码；②‑2、将含隐秘信息的HEVC视频码流中当前解码得到的第i'个预测单元定义为当前预测单元，其中，1≤i'≤I'，i'的初始值为1，I'表示含隐秘信息的HEVC视频码流中包含的预测单元的总个数；②‑3、判断当前预测单元是否属于I帧，如果是，则执行步骤②‑4；否则，不对当前预测单元进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②‑6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；②‑4、判断当前预测单元的尺寸大小是否为4×4，如果是，则解码当前预测单元的下一个尺寸大小为4×4的预测单元，并将当前预测单元及已解码的下一个尺寸大小为4×4的预测单元作为一个组合，然后执行步骤②‑5；否则，不对当前预测单元进行隐秘信息提取，然后令i'＝i'+1，再执行步骤②‑6；其中，i'＝i'+1中的“＝”为赋值符号；②‑5、如果组合中的两个预测单元各自的预测模式的数字标识在区间[2,34]内，则计算组合中的两个预测单元的预测模式的和值的余值，记为ti'，ti'＝(D1+D2)mod23，然后将ti'转换成三位二进制序列，接着将三位二进制序列作为提取出的三位隐秘的比特信息，再令i'＝i'+2，之后执行步骤②‑6；其中，D1表示组合中的第1个预测单元的预测模式的数字标识，D2表示组合中的第2个预测单元的预测模式的数字标识，D1∈[2，34],D2∈[2，34]，mod为求余运算符号，i'＝i'+2中的“＝”为赋值符号；如果组合中的其中一个预测单元的预测模式的数字标识在区间[2,34]内，而另一个预测单元的预测模式的数字标识为0或1，则不对组合中的两个预测单元进行隐秘信息提取；然后令i'＝i'+2，再执行步骤②‑6，其中，i'＝i'+2中的“＝”为赋值符号；如果组合中的两个预测单元各自的预测模式的数字标识为0或1，则当预测模式的数字标识为0时，从该预测模式对应的预测单元中提取出一位隐秘的比特信息为0，当预测模式的数字标识为1时，从该预测模式对应的预测单元中提取得出一位隐秘的比特信息为1；然后令i'＝i'+2，再执行步骤②‑6，其中，i'＝i'+2中的“＝”为赋值符号；②‑6、将含隐秘信息的HEVC视频码流中解码得到的第i'个预测单元作为当前预测单元，然后返回步骤②‑3继续执行，直至提取出含隐秘信息的HEVC视频码流中的隐秘信息或含隐秘信息的HEVC视频码流解码完毕。