H.264加密及密文域信息隐藏方法、装置及存储介质

技术特征：
1.一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，包括h.264/avc视频加密步骤和h.264/avc视频密文域数据隐藏步骤：所述h.264/avc视频加密步骤，包括：a1、定义区域s0为一帧中第一行和第一列的宏块组成的区域，定义区域s1为一帧中除了s0以外的宏块组成的区域；a2、定义满足以下条件的函数f：1.以单个宏块的字段信息为输入，输出为一个数值，称为f值；2.对于输入宏块，加密以及信息隐藏操作不影响输入宏块的f值；a3、确定加密密钥k
enc
；a4、对输入h.264文件，读取每个帧的字段信息，并对每个帧执行以下步骤a41-a43：a41、对s1中的宏块，计算s1中所有宏块的f值，获得表明当前处理帧的宏块位置与f值的对应关系的f值分布图g，其中g[y][x]＝f
(y，x)
表示f值分布图g中第y行第x列的值为帧中第y行第x列的宏块的f值；a42、根据加密密钥k
enc
生成的伪随机序列，置乱f值分布图中s1区域宏块对应的f值的排列顺序；a43、根据置乱的f值分布图，重新排列当前帧s1区域中各个宏块的位置，重新排列过程满足：1.对于重新排列的所有宏块，重新排列宏块之后宏块的宏块位置在置乱的f值分布图中对应的f值与宏块的f值相同；2.重新排列宏块前后，对当前帧s1区域进行光栅扫描，f值相同的宏块之间的顺序不变；a5、根据加密后的宏块信息重编码生成密文h.264视频。2.根据权利要求1所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，所述h.264/avc视频密文域数据隐藏步骤，包括：b1、对于一帧，定义区域s0为一帧中第一行和第一列的宏块组成的区域，定义区域s1为一帧中除了s0以外的宏块组成的区域；b2、获取f函数定义，并确定f值的优先级顺序；b3、确定嵌入消息比特流；b4、对输入的密文域h.264文件，读取各个帧的信息，并分别对各个需要进行信息隐藏的帧执行以下步骤b41-b43：b41、计算s1中所有宏块的f值；b42、根据f值的优先级顺序确定s1中各个宏块进行信息隐藏的宏块顺序，即拥有较高优先级f值的宏块进行信息隐藏的顺序在拥有较低优先级f值的宏块之前；对于f值相同的多个宏块，进行信息隐藏的宏块顺序为光栅扫描顺序；b43、根据步骤b42确定的信息隐藏顺序，对各个宏块进行信息隐藏；b5、根据信息隐藏后的宏块信息重编码生成携带隐藏信息的密文域h.264视频。3.根据权利要求1所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，还包括h.264/avc视频解密步骤，所述h.264/avc视频解密步骤包括：c1、定义区域s0为一帧中第一行和第一列的宏块组成的区域，定义区域s1为一帧中除了s0以外的宏块组成的区域；
c2、获取f函数定义；c3、确定解密密钥k
dec
；c4、对输入h.264文件，读取各个帧的字段信息，并分别对各个帧执行以下步骤c41-c43：c41、对s1中的宏块，计算s1中所有宏块的f值，由此得到表明当前处理帧的宏块位置与f值的对应关系的f值分布图g，其中g[y][x]＝f
(y，x)
表示f值分布图g中第y行第x列的值为帧中第y行第x列的宏块的f值；c42、根据解密密钥k
dec
生成的伪随机序列，逆置乱f值分布图中s1区域宏块对应的f值的排列顺序；c43、根据逆置乱的f值分布图，重新排列当前帧s1区域中各个宏块的位置，重新排列过程满足：1.对于重新排列的所有宏块，重新排列宏块之后宏块的宏块位置在逆置乱的f值分布图中对应的f值与宏块的f值相同；2.重新排列宏块前后，对当前帧s1区域进行光栅扫描，f值相同的宏块之间的顺序不变；c5、根据解密后的宏块信息重编码生成输出h.264视频。4.根据权利要求2所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，还包括h.264/avc视频数据提取步骤，所述h.264/avc视频数据提取步骤包括：d1、对于一帧，定义区域s0为一帧中第一行和第一列的宏块组成的区域，定义区域s1为一帧中除了s0以外的宏块组成的区域；d2、获取f函数定义，并获取f值的优先级顺序；d3、初始化提取信息比特流为空；d4、对输入的h.264文件，读取各个帧的信息，并分别对各个需要进行信息提取的帧执行以下步骤d41-d43：d41、计算s1中所有宏块的f值；d42、根据f值的优先级顺序确定s1中各个宏块进行信息提取的宏块顺序，即拥有较高优先级f值的宏块进行信息提取的顺序在拥有较低优先级f值的宏块之前；对于f值相同的多个宏块，进行信息提取的宏块顺序为光栅扫描顺序；d43、根据步骤d42确定的信息提取顺序，对各个宏块进行信息提取，并把提取出的比特串追加进提取信息比特流；d5、根据信息提取后的宏块信息重编码生成输出h.264视频。5.根据权利要求1所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，步骤a42中置乱的处理过程为：根据加密密钥k
enc
确定伪随机数生成器；初始化f值列表l
f
，以光栅扫描顺序扫描g中s1区域宏块对应的f值，并将扫描到的f值按光栅扫描顺序存放入f值列表l
f
，得到列表l
f
＝(f0，f1，f2，...，f
n
)，n为s1中的宏块个数；使用伪随机数生成器生成与l
f
相同长度的伪随机数序列r＝(s0，s1，s2，...，s
n
)，并对该伪随机序列进行稳定的排序得到序列r
′
＝(s
′0，s
′1，s
′2，...，s
′
n
)，记录r
′
各个元素在原序列r中的位置，得到置乱序列p
f
＝(p0，p1，p2，...，p
n
)；根据置乱序列p
f
置乱f值列表l
f
，得到置乱后的f值列表l
′
f
，即遍历置乱序列p
f
，每遍历到一个位置i，如果置乱序列p
f
中第i个元素为p
i
，那么置乱后的f值列表l
′
f
的第i个f值为原
始f值列表l
f
中的第p
i
个f值；根据置乱后的f值列表l
′
f
重新排列g中s1区域宏块对应的f值得到置乱的f值分布图g
′
，满足对g
′
中s1区域宏块对应的f值进行光栅扫描得到的f值顺序和置乱后的f值列表l
′
f
中f值顺序相同。6.根据权利要求3所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，步骤c42中逆置乱的处理过程为：根据解密密钥k
dec
确定伪随机数生成器；初始化f值列表l
f
，以光栅扫描顺序扫描g中s1区域宏块对应的f值，并将扫描到的f值按光栅扫描顺序存放入f值列表l
f
，得到列表l
f
＝(f0，f1，f2，...，f
n
)，n为s1中的宏块个数；使用伪随机数生成器生成与l
f
相同长度的伪随机数序列r＝(s0，s1，s2，...，s
n
)，并对该伪随机序列进行稳定的排序得到序列r
′
＝(s
′0，s
′1，s
′2，...，s
′
n
)，记录r
′
各个元素在原序列r中的位置，得到置乱序列p
f
＝(p0，p1，p2，...，p
n
)；根据置乱序列p
f
逆置乱f值列表l
f
，得到逆置乱后的f值列表l
′
f
，即遍历置乱序列p
f
，每遍历到一个位置i，如果置乱序列p
f
中第i个元素为p
i
，那么逆置乱后的f值列表l
′
f
的第p
i
个f值为原始f值列表l
f
中的第i个f值；根据逆置乱后的f值列表l
′
f
重新排列g中s1区域宏块对应的f值得到逆置乱的f值分布图g
′
，满足对g
′
中s1区域宏块对应的f值进行光栅扫描得到的f值顺序和逆置乱后的f值列表l
′
f
中f值顺序相同。7.根据权利要求2所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，步骤b43中信息隐藏的处理过程为：遍历当前进行信息隐藏的宏块的16个4x4量化残差系数块，每遍历到一个4x4量化残差系数块，处理过程为：以zigzag顺序扫描当前处理4x4量化残差系数块，每遍历到一个量化残差系数，处理过程包括步骤b1-b4：b1、如果当前处理量化残差系数是当前4x4量化残差系数块中zigzag扫描顺序排前4的系数，不做处理；b2、如果当前处理量化残差系数值为0，不做处理；b3、如果当前处理量化残差系数的绝对值为1，获取1比特嵌入消息，如果当前嵌入消息比特为0，对当前处理量化残差系数不做处理；如果当前嵌入消息比特为1，修改当前处理量化残差系数使得当前处理量化残差系数的绝对值为2且修改前后当前处理量化残差系数的符号不变；b4、如果当前处理量化残差系数的绝对值大于1，修改当前处理量化残差系数使得当前处理量化残差系数的绝对值增加1且修改前后当前处理量化残差系数的符号不变。8.根据权利要求4所述的一种h.264加密及密文域信息隐藏方法，其特征在于，步骤d43中信息提取的处理过程为：遍历当前进行信息提取的宏块的16个4x4量化残差系数块，每遍历到一个4x4量化残差系数块，处理过程为：以zigzag顺序扫描当前处理4x4量化残差系数块，每遍历到一个量化残差系数，处理过程包括步骤d1-d4：d1、如果当前处理量化残差系数是当前4x4量化残差系数块中zigzag扫描顺序排前4的系数，不做处理；
d2、如果当前处理量化残差系数值为0，不做处理；d3、如果当前处理量化残差系数的绝对值为1，提取1比特消息为0，对当前处理量化残差系数不做处理；如果当前处理量化残差系数的绝对值为2，提取1比特消息为1，并修改当前处理量化残差系数使得当前处理量化残差系数的绝对值为1且修改前后当前处理量化残差系数的符号不变；d4、如果当前处理量化残差系数的绝对值大于2，修改当前处理量化残差系数使得当前处理量化残差系数的绝对值减少1且修改前后当前处理量化残差系数的符号不变。9.一种h.264加密及密文域信息隐藏装置，其特征在于，包括：至少一个处理器；至少一个存储器，用于存储至少一个程序；当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现权利要求1-8任一项所述方法。10.一种计算机可读存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-8任一项所述方法。

技术总结
本发明公开了一种H.264加密及密文域信息隐藏方法、装置及存储介质，在本发明的加(解)密部分，定义特征提取函数以计算宏块的特征值。根据当前帧的各个宏块的特征值对当前帧的宏块进行置换(逆置换)，从而在保证加密的视觉安全性的同时，抵抗轮廓攻击。本发明的信息隐藏(提取)部分根据当前帧的各个宏块的宏块位置和特征值确定信息嵌入(提取)顺序。因为信息嵌入(提取)顺序不受加密模块影响，所以加解密部分和信息隐藏提取部分保有良好的可分离性。本发明可用于多媒体信息安全技术领域，具体可用于保护商业视频、医疗视频等或个人视频通过公开信道传输或存储于公共云时的安全和隐私。公开信道传输或存储于公共云时的安全和隐私。公开信道传输或存储于公共云时的安全和隐私。


技术研发人员：何军辉 江国鸿
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.07.07
技术公布日：2022/11/18