趙 揚(yáng)，何軍輝

(華南理工大學(xué) 計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，廣州 510006)

1 引 言

近年來隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的飛速發(fā)展和智能終端的日益普及，視頻應(yīng)用和需求也在不斷增長[1].隨之而來的視頻版權(quán)保護(hù)、訪問控制、完整性校驗(yàn)以及隱私保護(hù)等越來越受到研究者們的關(guān)注.數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)可不可察覺地將輔助數(shù)據(jù)嵌入載體視頻之中，通過所嵌入的數(shù)據(jù)解決與載體視頻相關(guān)的安全問題[2].HEVC是由ITU-T視頻編碼專家組(Video Coding Experts Group，VCEG)和ISO/IEC運(yùn)動(dòng)圖像專家組(Moving Picture Experts Group，MPEG)標(biāo)準(zhǔn)化組織發(fā)布的聯(lián)合視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)[3].HEVC可提供兩倍于H.264/AVC高規(guī)格的編碼效率，即以一半的比特率提供相同的視頻質(zhì)量[4].由于HEVC編碼的高效，越來越多的視頻以HEVC格式進(jìn)行編碼、存儲(chǔ)和傳輸.因此，有必要進(jìn)一步研究如何在HEVC視頻中嵌入數(shù)據(jù)以解決視頻流服務(wù)面臨的一些安全問題.

已經(jīng)有許多方法可以在H.264/AVC視頻中嵌入數(shù)據(jù)，但針對(duì)HEVC視頻的研究相對(duì)較少.HEVC視頻數(shù)據(jù)隱藏可以根據(jù)嵌入域進(jìn)行分類[5]，也可以根據(jù)嵌入對(duì)象的不同分為兩類：基于幀內(nèi)預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)隱藏和基于幀間預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)隱藏.Li等人[6]針對(duì)H.264/AVC視頻提出一種方法，通過修改N個(gè)整數(shù)DCT系數(shù)實(shí)現(xiàn)2N+1進(jìn)制數(shù)在I幀的嵌入，Yang等人[7]用 Tent 映射選出宏塊并修改I幀中4×4亮度宏塊的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式來嵌入秘密信息.但基于幀內(nèi)預(yù)測(cè)塊不加限制的進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏存在幀內(nèi)失真漂移的問題.針對(duì)此問題，You等人[8]以視頻壓縮域的離散余弦變換(Discrete Cosine Transform，DCT)系數(shù)作為隱寫載體，通過將失真漂移控制在本宏塊內(nèi)使得誤差不會(huì)向四周宏塊傳播.類似地，Ma等人[9]提出了一種利用H.264/AVC視頻幀內(nèi)預(yù)測(cè)幀量化后的DCT系數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏的方案，結(jié)合不同的幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式避免因數(shù)據(jù)嵌入而帶來的幀內(nèi)失真漂移.Lin等人[10]通過使用更多的亮度塊顯著提高了數(shù)據(jù)嵌入容量，隨后他們又將此方法擴(kuò)展應(yīng)用于HEVC視頻，實(shí)現(xiàn)幀內(nèi)幀隱藏?cái)?shù)據(jù)的同時(shí)避免錯(cuò)誤傳播[11].Liu等人[12]提出的方法使用BCH碼提高了隱藏?cái)?shù)據(jù)的魯棒性，并設(shè)計(jì)了三組預(yù)測(cè)方向以限制幀內(nèi)幀的失真漂移，但該方法需要禁用符號(hào)比特隱藏(Sign Bit Hiding，SBH)以實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)嵌入到多個(gè)系數(shù)塊之中，導(dǎo)致載密視頻文件大小顯著增加.Wang等人[13]提出了一種在HEVC中基于幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式(Intra-Prediction Mode，IPM)的新型視頻隱寫方案.但是，由于符合該方案要求的4×4 IPM塊數(shù)量有限，并且在數(shù)據(jù)嵌入過程中可能被修改為次優(yōu)的IPM，因此存在嵌入容量不高和載密視頻文件大小增加等問題.

基于幀間預(yù)測(cè)塊的數(shù)據(jù)隱藏方案相對(duì)較少，主要是因?yàn)榕c幀間預(yù)測(cè)相關(guān)的編碼元素的修改受到更多的限制，并且因數(shù)據(jù)嵌入所帶來的錯(cuò)誤傳播的影響更大.Xu等人[14]提出了一種基于碼字替換的在密文H.264/AVC視頻流中進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏的方案.最近，Xu等人又提出了一種通過修改量化變換系數(shù)(Quantized Transform Coefficient，QTC)在密文HEVC視頻中隱藏?cái)?shù)據(jù)的方案[15]，該方案僅使用P幀，嵌入容量有限，并且需要禁用SBH，會(huì)導(dǎo)致載密視頻文件大小增加.此外，Wang等人[16]提出的方法在第一次視頻壓縮后通過自適應(yīng)閾值選擇低復(fù)雜度的宏塊，然后在第二次視頻壓縮時(shí)對(duì)其運(yùn)動(dòng)矢量使用最低有效位(Lest Significant Bit，LSB)匹配嵌入數(shù)據(jù).Yang等人[17]通過修改N個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量分量中最多一個(gè)元素來實(shí)現(xiàn)在HEVC視頻中嵌入N個(gè)秘密比特位.Tew等人[18,19]通過選擇不同的編碼塊(Coding Block，CB)大小來編碼額外信息.類似地，Yang等人[20]通過修改P幀預(yù)測(cè)單元(Prediction Unit，PU)的分割模式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)隱藏.Long等人[21]提出了一種同時(shí)在幀內(nèi)預(yù)測(cè)塊和幀間預(yù)測(cè)塊中進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏的方案，該方案通過直方圖移位將數(shù)據(jù)嵌入到HEVC視頻的交流(Alternating Current，AC)系數(shù)之中，但會(huì)對(duì)視頻質(zhì)量和文件大小產(chǎn)生較大的負(fù)面影響.

為了在保持載密視頻流比特率增加不大的前提下，進(jìn)一步提高載密視頻的視覺質(zhì)量和數(shù)據(jù)嵌入容量，本文提出了一種基于SAO補(bǔ)償值和殘差系數(shù)的HEVC視頻數(shù)據(jù)隱藏方法.該方法充分利用了HEVC視頻新的編碼元素以及滿足一定條件的殘差系數(shù)，可同時(shí)在所有類型視頻幀中進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏.本文第2節(jié)對(duì)數(shù)據(jù)嵌入對(duì)象的選擇進(jìn)行了分析和討論，第3節(jié)給出了我們提出的HEVC視頻數(shù)據(jù)隱藏方法的詳細(xì)描述，第4節(jié)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析，最后總結(jié)全文.

2 數(shù)據(jù)嵌入對(duì)象選擇

數(shù)據(jù)嵌入對(duì)象的選擇必須考慮與HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)的兼容性，否則可能導(dǎo)致載密視頻無法正確解碼或者嵌入數(shù)據(jù)不能無錯(cuò)誤地提取.同時(shí)，數(shù)據(jù)嵌入盡可能給載體視頻帶來較小的更改，包括較小的視覺質(zhì)量下降和載密視頻文件大小的增加，在此基礎(chǔ)上，盡可能地提高嵌入容量.通過對(duì)HEVC視頻編碼元素的分析，本文選擇了3種HEVC編碼元素，可在保持較高的視覺質(zhì)量和對(duì)視頻流比特率產(chǎn)生較小的影響的前提下獲得較高的嵌入容量.

2.1 樣值自適應(yīng)補(bǔ)償(SAO)

SAO和去塊濾波器都屬于在變換和量化后應(yīng)用的環(huán)路濾波器.SAO應(yīng)用于去塊濾波器的輸出，通過衰減振鈴偽影和修改圖像某些區(qū)域的采樣強(qiáng)度來進(jìn)一步提高解碼圖像的質(zhì)量.SAO可以平均節(jié)約2%的比特率，最高節(jié)約6%的比特率，但由此帶來的編碼器和解碼器運(yùn)行時(shí)間僅增加2%[22].

HEVC的SAO有2種類型：邊緣補(bǔ)償(Edge Offset，EO)和頻帶補(bǔ)償(Band Offset，BO).由于SAO濾波器是根據(jù)視頻區(qū)域特性實(shí)現(xiàn)的，因此可以根據(jù)編碼樹單元(Coding Tree Unit，CTU)自適應(yīng)地調(diào)整其參數(shù).此外，修改SAO補(bǔ)償值對(duì)視頻質(zhì)量的影響微乎其微，對(duì)比特率的影響也非常小.在EO模式中，樣本的分類基于其鄰域，即當(dāng)前樣本與其相鄰樣本之間的比較.而在BO模式下，分類基于頻帶內(nèi)的像素?cái)?shù).EO根據(jù)像素的邊緣形狀為每個(gè)像素添加偏移量，BO根據(jù)像素值添加偏移量[23].

2.2 變換跳過(Transform Skip)塊

在編碼視頻圖像時(shí)，會(huì)遇到局部圖像內(nèi)容包含尖銳邊緣的情況，此時(shí)跳過變換直接對(duì)量化后的殘差系數(shù)編碼可以達(dá)到更好的壓縮效果.因此可以使用跳過變換的系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入，對(duì)視頻圖像的視覺質(zhì)量影響很小.

此外，由于系數(shù)符號(hào)位在熵編碼中都是以旁路模式編碼的，所以調(diào)整符號(hào)位的奇偶性對(duì)比特流也不會(huì)產(chǎn)生影響，可以用于數(shù)據(jù)嵌入.但在HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)中，采用SBH為每個(gè)選定的系數(shù)組(Coefficient Group，CG)隱藏一個(gè)符號(hào)位，編碼器對(duì)CG中的系數(shù)進(jìn)行量化，使得它們的絕對(duì)幅度值之和為偶數(shù)或奇數(shù)，相應(yīng)要被隱藏的符號(hào)位分別為0或1，因此CG的最后一個(gè)系數(shù)符號(hào)位會(huì)被省略不能用于數(shù)據(jù)嵌入.

2.3 殘差系數(shù)的選擇

在HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)中，殘差系數(shù)的編碼使用塊大小可變的樹結(jié)構(gòu)，包括4×4、8×8、16×16和32×32.經(jīng)過變換和量化后的殘差系數(shù)最終通過基于上下文的自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼(Context-Adaptive Binary Arithmetic Coding，CABAC)編碼輸出為視頻比特流.

變換塊(Transform Block，TB)中的每個(gè)系數(shù)按照反向掃描得到CG后，首先用語法元素CSBF(coded_sub_block_flag)表示系數(shù)是否全為0，然后對(duì)存在非零系數(shù)的CG使用SIG(sig_coeff_flag)標(biāo)記每個(gè)系數(shù)位置，最后進(jìn)行系數(shù)值的熵編碼.對(duì)殘差系數(shù)幅度值的信息逐子塊進(jìn)行編碼，每一個(gè)子塊最多使用5個(gè)分段.除上述的SIG外，coeff_abs_level_greater1(CALG1)和CALG2分別表示系數(shù)的絕對(duì)幅度值大于1和2.但是，每個(gè)子塊最多只能傳輸8個(gè)CALG1標(biāo)志和1個(gè)CALG2標(biāo)志，剩下的絕對(duì)值在非零幅度值的符號(hào)位之后使用coeff_abs_level_remain傳遞.關(guān)于殘差系數(shù)的絕對(duì)值，大部分元素都采用常規(guī)模式進(jìn)行熵編碼，因此直接使用它們進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏會(huì)影響編碼的上下文.可以利用絕對(duì)值較小且相鄰的殘差系數(shù)的交換進(jìn)行數(shù)據(jù)隱藏，能夠限制對(duì)上下文的影響.

3 數(shù)據(jù)隱藏方案

數(shù)據(jù)隱藏者或內(nèi)容所有者在對(duì)視頻進(jìn)行HEVC壓縮編碼的過程中嵌入經(jīng)過流密碼加密的信息，接收方可以在解碼視頻流的同時(shí)提取所隱藏的數(shù)據(jù).所提出的數(shù)據(jù)隱藏方案框圖如圖1所示，主要包括虛線框范圍內(nèi)的SAO補(bǔ)償值嵌入、殘差系數(shù)嵌入和變換跳過塊嵌入.

圖1 基于HEVC壓縮編碼的數(shù)據(jù)嵌入框圖

3.1 基于SAO補(bǔ)償值的數(shù)據(jù)嵌入

首先，根據(jù)HEVC標(biāo)準(zhǔn)壓縮過程，原始視頻經(jīng)過遞歸分割為CU塊，通過遍歷各種分割模式及其編碼代價(jià)后，選擇出最優(yōu)的CTU和SAO.再利用得到的SAO補(bǔ)償值進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入.

算法1.SAO補(bǔ)償值數(shù)據(jù)嵌入算法

輸入：嵌入數(shù)據(jù)比特流b，SAO補(bǔ)償值O(i)(i∈(0，32))，BO模式中起始帶的索引值Bidx，嵌入數(shù)據(jù)帶來的補(bǔ)償值增加量d

輸出：設(shè)置好SAO的CTU

Step1.選擇I、P或B幀的Y分量和Cb分量進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入，遍歷每一幀中SAO模式不是sao_mode_off的CTU.

Step2.如果當(dāng)前CTU的右鄰CTU的SAO 是共享模式并且選擇使用與左鄰塊相同的SAO信息，或當(dāng)前CTU的下鄰CTU的SAO是共享模式并且選擇使用與上鄰塊相同的SAO信息，則跳過當(dāng)前CTU不進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入，否則執(zhí)行Step 3.

Step3.如果當(dāng)前CTU的SAO不是共享模式且SAO類型為BO，根據(jù)公式(1)進(jìn)行嵌入；如果當(dāng)前CTU的SAO不是共享模式且SAO類型為EO，根據(jù)公式(2)進(jìn)行嵌入.

O(i)=O(i+Bidx)+d(i∈[0，3])

(1)

O(i)=O(i)+d(i∈[0，3])

(2)

Step4.保存當(dāng)前調(diào)整的SAO的參數(shù)，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的編碼過程.

其中Bidx是在BO模式下進(jìn)行補(bǔ)償?shù)?個(gè)連續(xù)頻帶的初始頻帶的位置，補(bǔ)償值增量d的定義如公式(3)所示(其中f是O(i)的符號(hào))：

(3)

3.2 基于殘差系數(shù)的數(shù)據(jù)嵌入

為了在保持較好的數(shù)據(jù)嵌入不可感知性的前提下進(jìn)一步提高嵌入容量，我們同時(shí)對(duì)P幀和B幀應(yīng)用了基于殘差系數(shù)交換的數(shù)據(jù)嵌入算法，具體步驟如算法2所示.

算法2.殘差系數(shù)交換數(shù)據(jù)嵌入算法

輸入：嵌入數(shù)據(jù)比特流b，殘差系數(shù)的絕對(duì)值ci(i∈(0，15))，記錄的非零系數(shù)p，當(dāng)前非零系數(shù)前的連續(xù)0的個(gè)數(shù)N0

輸出：嵌入數(shù)據(jù)并完成編碼的CTU

Step1.選擇P或B幀的Y分量進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入，使用大小為16×16，8×8或4×4的TB進(jìn)行殘差系數(shù)交換.

Step2.每塊第一次記錄的是反向?qū)菕呙栌龅降牡谝粋€(gè)非零系數(shù)p，即變換塊的最后一個(gè)非零系數(shù).若在一組CG掃描的過程中多次進(jìn)入Step 2，每次都會(huì)將p更改為遇到可交換系數(shù)前的第一個(gè)非零系數(shù).

Step3.繼續(xù)反向?qū)菕呙柚钡较禂?shù)的絕對(duì)值為1，即ci=1，記錄ci前連續(xù)0的個(gè)數(shù)N0.

Step4.若ci是最后一個(gè)系數(shù)且N0為0，則當(dāng)前系數(shù)組不可用于數(shù)據(jù)嵌入，N0不為0則執(zhí)行Step 5.如果ci不是掃描過程的最后一個(gè)系數(shù)，則判斷下一個(gè)系數(shù)的絕對(duì)值ci+1，若ci+1非零并且不為1，而N0為0，則跳過ci，p為ci+1并繼續(xù)執(zhí)行Step 3；若ci+1為1且N0為0，則跳過ci和ci+1，p設(shè)定為ci和ci+1的組合并繼續(xù)執(zhí)行Step 3；否則，ci和N0滿足條件可用于嵌入，繼續(xù)執(zhí)行Step 5.

Step5.如果當(dāng)前嵌入比特為1，N0需要為奇數(shù)，通過交換來滿足，即交換[ci-1，ci] (0

Step6.完成殘差系數(shù)交換的數(shù)據(jù)嵌入，繼續(xù)進(jìn)行后續(xù)的熵編碼.

算法2只將數(shù)據(jù)嵌入到亮度分量，且系數(shù)交換只適用于大小為4×4的TB.殘差系數(shù)的交換具體來說就是在系數(shù)組掃描后，在非零系數(shù)p后出現(xiàn)連續(xù)兩個(gè)系數(shù)“01”或“10”時(shí)進(jìn)行系數(shù)交換，利用“1”前0的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)嵌入.若存在p之后緊跟“110”的情況，當(dāng)嵌入比特為1時(shí)，系數(shù)交換操作會(huì)得到“101”，此時(shí)解碼端會(huì)解碼出嵌入比特為0的錯(cuò)誤信息，因此這種情況下，2個(gè)絕對(duì)值為1的連續(xù)系數(shù)會(huì)被設(shè)為一個(gè)非零系數(shù)p，繼續(xù)后面的系數(shù)掃描來選擇符合要求的系數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入.

3.3 基于變換跳過塊的數(shù)據(jù)嵌入

變換跳過塊可用于進(jìn)一步提高嵌入容量，但為了避免系數(shù)符號(hào)位取反而引起塊內(nèi)的錯(cuò)誤傳播，數(shù)據(jù)嵌入不使用TB塊的最右列和最下行的系數(shù).此外，由于每個(gè)TB的CG中最后一個(gè)系數(shù)的符號(hào)位使用了SBH而不需要被編碼，因此CG中最后一個(gè)系數(shù)也不能用于數(shù)據(jù)嵌入.

用于數(shù)據(jù)嵌入的TB大小為4×4，并且其中的系數(shù)需要符合公式(4)括號(hào)內(nèi)的條件.設(shè)定bj是嵌入比特流的第j比特位，F(xiàn)i是可用于嵌入數(shù)據(jù)的第i個(gè)系數(shù)的符號(hào)位，基于變換跳過塊的數(shù)據(jù)嵌入操作如公式(4)所示.

Fi=bj(i∈{0，1，2，4，5，6，8，9，10})

(4)

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

本文基于HEVC標(biāo)準(zhǔn)參考軟件HM-16.17(1)https://hevc.hhi.fraunhofer.de/實(shí)現(xiàn)所提出的數(shù)據(jù)隱藏方案，并對(duì)多個(gè)不同分辨率及不同視頻內(nèi)容的常見測(cè)試視頻序列進(jìn)行了實(shí)驗(yàn).實(shí)驗(yàn)使用了4個(gè)不同分辨率的視頻序列，包括416×240分辨率的視頻(Keiba)、832×480分辨率的視頻(PartyScene)、1024×768分辨率的視頻(ChinaSpeed)和1280×720分辨率的視頻(SlideShow).所有視頻都用相同的GOP(Group of Pictures)結(jié)構(gòu)“IPPP…”進(jìn)行壓縮和編碼，幀速率為“30”，GOP大小為8，量化參數(shù)(QP)分別設(shè)為27和32，其他配置選項(xiàng)均設(shè)為默認(rèn).

實(shí)驗(yàn)結(jié)果與Yang等人[17]和Yang等人[20]最近所提出的兩種HEVC視頻數(shù)據(jù)隱藏方案進(jìn)行了對(duì)比.實(shí)驗(yàn)中兩個(gè)對(duì)比方案的實(shí)驗(yàn)配置與我們方案基本一致.其他參數(shù)選擇具體為：方案[17]使用了所有可用的PU塊，以達(dá)到基于MV進(jìn)行嵌入的最大容量；方案[20]選擇了第3層，PU塊大小分別為8×8、16×16和32×32.

4.1 載密視頻的視覺質(zhì)量

載密視頻的視覺質(zhì)量評(píng)估包括主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)兩個(gè)方面.在主觀評(píng)價(jià)方面，按照本文方案的最大嵌入量(具體的嵌入容量見表1)進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入后得到部分原始視頻和對(duì)應(yīng)的載密視頻，如圖2所示.難以從圖2的載密視頻觀察到視頻內(nèi)容的混疊、偏差和失真，也就是數(shù)據(jù)嵌入并沒有造成原始視頻視覺質(zhì)量的明顯下降.

圖2 原始視頻幀和載密視頻幀(第10幀)

在客觀評(píng)價(jià)方面，我們使用普遍應(yīng)用的 (峰值信噪比(Peak Signal-to-Noise Ratio，PSNR)指標(biāo)，結(jié)果圖如圖3和圖4所示，其中Max是指3種方法在某視頻中可嵌入的最大數(shù)據(jù)比特?cái)?shù)，橫坐標(biāo)是當(dāng)前嵌入量占Max的百分比，每個(gè)視頻在不同QP值下的最大嵌入量如表1中加粗的數(shù)值所示.由于U、V分量的變化基本相同，為了節(jié)省篇幅，我們只給出了Y分量和U分量的結(jié)果.具體來說，圖3是Y分量的PSNR結(jié)果圖，而圖4是U分量的PSNR結(jié)果.每幅圖包括上下兩部分信息，其中上半部分對(duì)應(yīng)QP為27的結(jié)果，下半部分對(duì)應(yīng)QP為32的結(jié)果.從圖3和圖4可以看出，本文所提出的數(shù)據(jù)隱藏方法所產(chǎn)生的載密視頻解碼后與原始視頻的PSNR非常接近.Y分量的結(jié)果稍低于方案[20]，但高于方案[17]，主要是方案[20]只更改了PU的分割方式，對(duì)視頻質(zhì)量的影響較小，但多數(shù)情況下嵌入容量低于本文的方案(曲線長度較短).U分量的結(jié)果優(yōu)于兩種所對(duì)比的方案.

圖 3 Y分量PSNR比較

圖4 U分量PSNR比較

4.2 數(shù)據(jù)隱藏容量

最大數(shù)據(jù)嵌入量與視頻分辨率、視頻內(nèi)容以及QP等密切相關(guān).為了公平對(duì)比，在表1中給出兩種不同QP值下每一個(gè)視頻3種方案的最大嵌入容量.從表1中看出，本文所提出的數(shù)據(jù)隱藏方法相較于所對(duì)比的其他兩種方案擁有更大的嵌入容量，具體來看，本文方案的嵌入量平均比方案[17]和方案[20]分別高出41016比特和28467比特.甚至在嵌入視頻序列PartyScene且QP值為27時(shí)，本文方案的嵌入量約是方案[17]的5倍及方案[20]的2.4倍.

表1 視頻序列的最大嵌入容量(比特)

4.3 載密視頻比特率變化

在編碼過程中進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入一般會(huì)造成視頻流比特率的變化，變化的大小可以反應(yīng)數(shù)據(jù)嵌入效率的高低，即比特率變化小，數(shù)據(jù)嵌入效率高，反之亦然.一般使用視頻嵌入數(shù)據(jù)前后比特率的變化(BRV)來進(jìn)行衡量，BRV的定義如公式(5)所示.

(5)

其中BRemb是數(shù)據(jù)嵌入編碼器輸出視頻流的比特率，BRori是原始HEVC編碼器生成視頻流的比特率.

3種不同方案在不同QP值下的9段測(cè)試視頻BRV如圖5和圖6所示.可以看出，所有數(shù)據(jù)嵌入方案都對(duì)視頻流比特率造成了一定的影響，但影響的程度不同.本文所提出的方法和方案[17]的方法具有相似的BRV，都對(duì)視頻比特率的影響極小，但方案[17]的嵌入容量在3種方案中最低.本文方案包括3種基于不同對(duì)象的數(shù)據(jù)嵌入，其中基于SAO補(bǔ)償值和殘差系數(shù)交換的數(shù)據(jù)嵌入會(huì)影響視頻比特流碼率，而基于變換跳過塊的數(shù)據(jù)嵌入只更改系數(shù)符號(hào)，不會(huì)引起比特率的增加.方案[17]僅更改了所需的MV，對(duì)比特流碼率的影響也較小.而方案[20]通過更改PU的分割方式來進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入，盡管對(duì)視頻質(zhì)量的影響較小，但編碼比特流的碼率增加較明顯，這與視頻壓縮的原始目的背道而馳.

圖5 QP為27時(shí)不同方案的BRV

圖6 QP為32時(shí)不同方案的BRV

5 結(jié)束語

基于HEVC標(biāo)準(zhǔn)的視頻應(yīng)用越來越多，如何使用信息隱藏技術(shù)在HEVC視頻中嵌入與版權(quán)、完整性和其他控制信息非常有意義.本文基于HEVC視頻標(biāo)準(zhǔn)的特性，提出了一種新的視頻數(shù)據(jù)隱藏方法，可同時(shí)在I、P和B幀中進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入.該方法與已有相關(guān)方案相比，具有較高的嵌入容量，并且對(duì)視頻質(zhì)量和文件大小影響較小.為了更好地保護(hù)視頻安全和隱私，下一步工作將重點(diǎn)關(guān)注在密文HEVC視頻中的數(shù)據(jù)隱藏.