基于PU划分模式的HEVC视频信息隐藏算法

发布时间：2020-07-26 11:56

【摘要】：视频信息隐藏是信息安全领域的研究热点之一,通过将隐秘信息以特定的方法嵌入到载体视频中,实现重要信息的隐秘传输。由于隐秘信息的存在对载体视频本身影响微小,所以攻击者难以发现隐秘信息的存在,从而提高了隐秘信息的安全性。HEVC编码标准是针对高清视频压缩的新一代编码标准,即将得到广泛应用,针对HEVC视频的信息隐藏算法具有极大的应用价值。本文首先提出了一种基于HEVC视频P帧PU划分模式的视频信息隐藏算法,在32×32和16×16两种大小的CU块中使用不同的帧间预测PU划分模式来代表不同的二进制信息,能够在不影响视频视觉质量的情况下实现隐秘信息的嵌入。经过实验验证,基于PU划分模式的视频信息隐藏算法具有对视频视觉质量影响小的优点,但是嵌入容量与基于变换域的信息隐藏算法相比较少。针对嵌入容量有限的问题,本文进一步提出了一种改进的基于PU划分模式的多层次大容量HEVC视频信息隐藏算法,加入了对8×8和64×64两种大小CU块的修改,并设置了四种层次的嵌入策略,可根据需要嵌入信息的长度灵活选择。经过进一步实验验证,所提出的改进算法保留了嵌入视频视觉质量良好的特点,并且通过合理地安排嵌入策略,在高清视频较高画质情况下嵌入容量达到甚至超过基于变换域的信息隐藏算法。由于所提出的视频信息隐藏算法仅需修改HEVC视频的P帧PU划分模式,且经过修改的视频具有良好的图像视觉质量。在高清和超高清视频愈发流行的今天,HEVC编码标准势必将得到广泛应用。为了减少高清视频所占用带宽,使用更多的P帧取代Ⅰ帧是进一步减少冗余信息的重要途径。因此,与基于变换域和帧内预测模式等仅能在Ⅰ帧进行嵌入的算法相比,本文提出的两种基于P帧PU划分模式的HEVC视频信息隐藏算法更适合在高清视频高画质的需求下实现大容量的隐秘信息嵌入,本文的研究具有很强的实际应用价值。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN919.81;TP309
【图文】：

图３－１邋ＨＥＶＣ视频编码标准框架结构图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－１邋ＨＥＶＣ邋ｃｏｄｉｎｇ邋ｆｒａｍｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ．逡逑图３－１是ＨＥＶＣ视频编码标准的算法框架结构图。帧序列是指正在进行ＨＥＶＣ逡逑编码压缩的视频图像帧序列，以图像帧为单位依次进行压缩编码。对当前帧进行逡逑压缩编码时，也需要将图像切分为特定大小的图像块进行处理，并选择使用何种逡逑模式进行冗余信息的去除。ＨＥＶＣ编码标准中有帧内预测模式和帧间预测模式两逡逑种进行冗余信息去除的方式，第一幅进行编码的图像帧只能选择帧内预测模式，逡逑而其他的视频图像帧可以根据设置任意选择。如果当前图像块选择通过帧内预测逡逑模式来编码，那么就需要参考当前帧中己经完成编码和重建的部分图像块，完成逡逑对当前处理的图像块的预测。预测结果中的残差值经过变换和量化的过程后会进逡逑行重新排序和熵编码的过程，最终形成压缩得到的视频码流。经过变换和量化的逡逑图像块信息还将同时进行反变换和反量化过程，并与参考图像块的信息结合完成逡逑当前图像块压缩编码结果的图像重建，为后续要进行编码压缩操作的图像块提供逡逑参考。当整个当前帧完成帧内压缩后

图３－２帧内预测像素块预测残差示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－２邋Ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｉｎｔｒａ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ邋ｒｅｓｉｄｕａｌ．逡逑举一个简单的例子，假设图３－２中左侧的矩阵是一副图像的部分像素值，这些逡逑像素值的大小均超过一百，如果使用比特来表示，每个像素都将占用八个比特。逡逑如果按照帧内预测的思路，使用左侧像素的像素值对右侧的相邻像素进行预测，逡逑保留预测的残差，可以得到图３－２右侧的矩阵。为便于计算，所使用的预测方式是逡逑直接将左侧像素的像素值作为右侧像素的预测结果，用右侧像素实际的像素值减逡逑去预测得到的像素值就是预测残差。在图３－２右侧这个矩阵中，仅有左侧第一列的逡逑数据是原始值，而将第一列的数据加上第二列的预测残差，就可以还原出第二列逡逑像素的原始像素值。同理可得，第三列与第四列的原始像素值也能够通过相同的逡逑步骤来得到。而在占用数据量方面

图３－３帧间预测示意图逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋Ｅｘａｍｐｌｅ邋ｏｆ邋Ｉｎｔｅｒ－ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ．逡逑用一个简单的例子来说明，图３－３中的当前帧代表正在进行压缩操作的图像逡逑帧，而参考帧是当前帧在视频序列中的前一帧，己经完成了压缩和重建过程。由逡逑于相邻的图像帧时间差距非常小，两幅帧图像的内容十分相似。但是由于作为运逡逑动物体的五角星发生了位移，所以两幅图像帧中五角星位置略有区别。帧间预测逡逑的过程就是通过参考帧的图像帧内容对当前帧进行预测，显然用同样形状的五角逡逑星来进行预测可以使得当前帧的预测残差降至最低，但是由于物体位移的影响，逡逑无法准确知道物体的原始位置。此时，需要在当前帧物体的周围设定一个候选区逡逑域，然后在这个候选区域内进行查找，直到找到最优的匹配区域。使用最优匹配逡逑区域对当前帧的物体进行预测可以获得最小的预测残差

【参考文献】

相关期刊论文 前3条

1 王家骥;王让定;李伟;徐达文;徐健;;HEVC帧内预测模式和分组码的视频信息隐藏[J];光电子·激光;2015年05期

2 王家骥;王让定;李伟;徐达文;严迪群;;一种基于帧内预测模式的HEVC视频信息隐藏算法[J];光电子.激光;2014年08期

3 袁开国;张茹;许欣;钮心忻;杨义先;;基于MPEG-4编码原理的信息隐藏算法设计[J];通信学报;2009年05期

相关硕士学位论文 前2条

1 王家骥;基于帧内预测模式的HEVC视频信息隐藏方法研究[D];宁波大学;2015年

2 魏芳芳;基于帧内预测的视频信息隐藏技术研究[D];西南交通大学;2015年

本文编号：2770735