Reversible Data Hiding in Encrypted H.264/AVC Video Streams

版权声明：本文为博主[email protected]（阿King）原创文章,不得以任何理由任何形式进行转载 https://blog.csdn.net/lj501886285/article/details/85112655

视频加密

IPM（intra prediction modes）加密

• 对于16x16的MB

观察到I slice的编码表，

• 对于4x4的宏块

MVD加密

在H264的baseLine profile中，运动向量差值MVD使用的是哥伦布指数编码（ Exp-Golomb entropy coding），编码出来的codeWord格式为[Mzeros][1][INFO]，其中[Mzero]为M个0，[INFO]含有M个bit位来携带信息。故整个codeWord的长度为 $2M+1$。其中M和INFO的计算方式为：


那么得到的编码为：

为了避免比特的开销并兼容H264格式，

残差值加密

在H264的baseLine profile中，量化后的残差块使用的是上下文自适应可变长编码（CAVLC）方式。我们使用密钥E_Key3通过标准序列密码来对非零系数的符号（signs）进行加密。值得一提的是，我们只对亮度块加密，而保持色度块不变。

加密视频的数据嵌入

嵌入区域的选取

• 因为DC和低频系数携带的能量（energy）大，高频系数携带的能量小。如果我们将信息嵌入到低频系数中，则大量会影响视频的质量和比特率（因为残差块后面要进行熵编码），所以我们应该将信息嵌入到高频系数中，即残差块靠右下角的位置。
• 假设嵌入的4x4残差块以Zig-Zag序列的位置为 $R=[T_1,T_2]$，则有 $0\leq T_1<T_2\leq 15$，经过大量实验，取 $T_2=15$，而 $T_1$根据DC值自适应变化：
  
  作者说： $T_1$的选择仍然有待于优化。
• 仅仅在P帧中的4x4残差块中进行数据嵌入，且该残差块必须要DC值或第一个AC值不为0。因为I帧对于视频来说很重要（作为参考帧嘛）。
  小编说：那么B帧呢？？？？？

数据嵌入

用 $f_{ij}(k)$表示第i个残差宏块的第j子块的第k个已经被加密的系数。
我们统计加密系数的直方图

将 $\pm 1$数据箱（bin）用作嵌入， $0$数据箱不动，将其余的数据箱子进行漂移（shift），有如下移动规则：

通俗来讲也就是将腾出一些数据箱来嵌入我们的数据
例如：

数据提取和恢复

• 加密域的数据提取
  数据的提取即数据嵌入的逆过程，有
  
  而我们还应对之前直方图漂移（shift）的加密数据进行恢复，此时得到的数据是原始的加密数据
  
  因为所有的操作都是基于加密数据上操作，与原视频数据无关，所以我们避免了原始视频信息的泄露，通过加密密钥用户可以进一步解密视频而得到原始视频内容。
• 解密域的数据提取
  一些情况下需要我们先解密视频，然后在进行隐藏的数据提取。

1. 使用加密密钥通过异或（XOR）操作对视频进行解密，解密方式是加密的逆过程。
2. 我们仍然可以通过
   
   来进行数据提取，因为我们的加密解密过程只是影响了数据的符号（signs），对于嵌入的隐藏数据，无关符号， $\pm1$都是对应数据0， $\pm2$都是对应数据1。
3. 原始视频数据仍然可以通过
   
   来解除数据漂移，此时得到的就是原始视频数据。
   

---

论文来源：《Reversible Data Hiding in Encrypted H.264/AVC Video Streams》