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摘要：网络数字信息化的发展带动了信息隐藏技术的发展，该技术将视频图像作为载体，实现信息的秘密通信。基于此，本文从视频信息隐藏算法设计中存在的问题入手，将矩阵编码作为编码模式，分析了H.264/AVC视频信息隐藏算法的设计与应用，技术人员需要确定映射规则、制定完善的嵌入方案以及提取方案，实现视频信息的有效隐藏及整体提取，充分发挥出信息隐藏技术的重要作用。
关键词：编码模式；H.264/AVC；信息隐藏
前言
互联网的发展带动了多媒体技术以及计算机技术的发展，使视频在生产生活中的应用越来越广泛。在视频较为普及的当下，政府部门、企事业单位以及军队等部门或者个人，出于不同的目的，需要采用秘密通信的方式进行视频的传播，这就要求技术人员对视频信息进行隐藏，实现隐秘信息通信，保障信息安全，促进行业发展。因此，对于视频信息隐藏算法的分析是很有必要的。
1.视频信息隐藏算法分析
信息隐藏属于保密通信技术，能够有效保障视频信息安全性与完整性，实现对数字产品的版权保护。常用的信息隐藏算法是将H.264/AVC作为标准，通过对DCT系数的改变实现信息的嵌入。学术界对编码模式支持下H.264/AVC视频信息隐藏算法进行了较多的分析研究，有研究学者通过IPCM编码模式，进行隐藏信息的嵌入，虽然IPCM编码模式具有高保真的优势，可以确保信息隐藏之后，视频仍旧具有较高的质量，但是这种编码模式的宏块相对较少，应用难度较大；有研究学者应用限定帧间宏块的编码模式，进行视频信息隐藏算法的设计，这种编码模式会对视频的质量以及码流造成一定的影响。因此，设计人员需要选择合适的编码模式，进行H.264/AVC视频信息隐藏算法的设计，保障视频信息的有效隐藏[1]。
2.编码模式支持下的H.264/AVC视频信息隐藏算法分析
2.1矩阵编码模式分析
矩阵编码模式是将循环码作为基础的一种特殊编码技术。Crandall学者首先指出，矩阵编码能够应用于基于LSB替换的信息伪装系统中，而且矩阵编码可以提升系統的嵌入效率，其作用原理如下：将x1、x2这两个比特嵌入到a1、a2以及a3这三个位置中，如果最多可以改变一位，可以得到以下四种可能性：（1）x1=a1⊕a3，x2=a3⊕a2，不变；（2）x1≠a1⊕a3，x2=a2⊕a3，改变a1；（3）x1=a1⊕a3，x2≠a2⊕a3，改变a2；（4）x1≠a1⊕a3，x2≠a2⊕a3，改变a3。在上述四种状况下，均只改变了一个比特位，计算所得的平均改变比特数是0.75。在实际的H.264/AVC视频信息隐藏算法中，可以应用矩阵编码模式的这一思想，减少对载体的修改量，从而提高信息嵌入的效率。
2.2信息隐藏算法分析
2.2.1映射规则的确定
基于H.264/AVC标准，本文应用矩阵编码模式的理论，制定相应的映射规则，需要映射相同信息比特数时，使用较少需要修改的预测模式。因此，技术人员首先要将Intra_4×4（下文中简写为I4）模式划分成偶数类区间以及奇数类区间，其中，偶数类区间是指（0，2，4，6，8），奇数类区间是指（1，3，5，7）；然后，技术人员需要将满足条件要求的I4块按照三个一组的标准划分，并在每一组中嵌入两个比特数据，固定每组中仅可以修改一个I4模式。比如，技术人员将I4a、I4b以及I4c划分为一个组，如果需要同时改变I4a以及I4c的时候，技术人员可以通过改变I4b的方式实现I4a以及I4c的改变。
与此同时，如果I4模式处于偶数类区间中，使用“0”表示；如果I4模式处于奇数类区间中，使用“1”表示。在实际的映射表示过程中，三个I4块模式分别用V1、V2与V3表示，这三者分别有“0”和“1”这两种可能性。也就是说，技术人员嵌入的数据有“00”、“01”、“10”以及“11”这四种模式，不同的模式对应不同的映射规则。根据其映射规则，技术人员需要对改变后的I4模式分组。本文选择特定容量为3/16、3/8、9/16以及3/4等模板，作为信息嵌入位置，分析映射规则下的信息嵌入模式。具体的嵌入状况如图1所示：
2.2.2嵌入方案的制定
在明确映射规则以及嵌入模板之后，技术人员需要制定相应的嵌入方案，通过矩阵编码，明确嵌入信息和载体的映射关系。通过上文确定的映射规则以及嵌入模板，本文制定了如下嵌入方案：第一，对需要嵌入的隐秘信息采取置乱处理；第二，使用密钥选择相应的嵌入模板；第三，按照选择的嵌入模板以及矩阵编码映射规则，实现隐秘信息的映射，并将嵌入的隐秘信息I4块进行重新编码；第四，如果信息嵌入完毕，则信息隐藏完成，如果信息没有正确嵌入，将重复第三个步骤。
2.2.3提取方案的制定
就上文中提出的视频信息隐藏算法而言，其提取方案相对简单，只需要进行I帧部分信息的解码就能够获取相应的隐秘信息，不需要对整个视频进行解码。具体的提取方案如下：第一，通过I帧解码获取I帧隐藏的I4模式信息；第二，使用密钥选择相应的模板；第三，如果发现视频中含有隐藏信息，则进入第四步，如果没有隐藏信息，则对下一个16×16宏块进行分析；第四，使用选择的模板进行I4模式的两两异或分析，从而获取映射比特信息，在提取时进行V1⊕V2与V2⊕V3的计算；第五，在隐藏信息提取完成之后，进行反置乱以及解密处理，就能够获得最终的真实隐秘信息[2]。
结论：
综上所述，网络数字信息化的发展使社会对信息安全的要求之间提升，信息隐藏技术应运而生。通过本文的分析可知，技术人员可以在不同的编码模式下，进行H.264/AVC视频信息隐藏算法的设计，通过合理映射规则的制定，在保障视频质量与码流的基础上，将隐藏信息嵌入到视频中，实现信息的隐蔽通信，保障网络信息安全。希望本文的分析可以为相关研究提供理论参考。
参考文献：
[1]李海辉. QDCT域大容量H.264/AVC视频信息隐藏算法研究[D].西南交通大学，2017.
[2]李海辉，王宏霞，吴汉舟.基于多分类的QDCT域大容量H.264/AVC视频信息隐藏算法[J].光电子·激光，2017，28（04）：404-410.
作者简介：
李栋，男，陕西潼关人，1990年8月出生，硕士研究生，研究方向：信息安全。
马双棚，男，河南许昌人，1990年4月出生，硕士研究生，研究方向，信息安全。
段妍羽，女，山东海阳人，1991年10月出生，研究方向：数据挖掘。
关键词：编码模式；H.264/AVC；信息隐藏
前言
互联网的发展带动了多媒体技术以及计算机技术的发展，使视频在生产生活中的应用越来越广泛。在视频较为普及的当下，政府部门、企事业单位以及军队等部门或者个人，出于不同的目的，需要采用秘密通信的方式进行视频的传播，这就要求技术人员对视频信息进行隐藏，实现隐秘信息通信，保障信息安全，促进行业发展。因此，对于视频信息隐藏算法的分析是很有必要的。
1.视频信息隐藏算法分析
信息隐藏属于保密通信技术，能够有效保障视频信息安全性与完整性，实现对数字产品的版权保护。常用的信息隐藏算法是将H.264/AVC作为标准，通过对DCT系数的改变实现信息的嵌入。学术界对编码模式支持下H.264/AVC视频信息隐藏算法进行了较多的分析研究，有研究学者通过IPCM编码模式，进行隐藏信息的嵌入，虽然IPCM编码模式具有高保真的优势，可以确保信息隐藏之后，视频仍旧具有较高的质量，但是这种编码模式的宏块相对较少，应用难度较大；有研究学者应用限定帧间宏块的编码模式，进行视频信息隐藏算法的设计，这种编码模式会对视频的质量以及码流造成一定的影响。因此，设计人员需要选择合适的编码模式，进行H.264/AVC视频信息隐藏算法的设计，保障视频信息的有效隐藏[1]。
2.编码模式支持下的H.264/AVC视频信息隐藏算法分析
2.1矩阵编码模式分析
矩阵编码模式是将循环码作为基础的一种特殊编码技术。Crandall学者首先指出，矩阵编码能够应用于基于LSB替换的信息伪装系统中，而且矩阵编码可以提升系統的嵌入效率，其作用原理如下：将x1、x2这两个比特嵌入到a1、a2以及a3这三个位置中，如果最多可以改变一位，可以得到以下四种可能性：（1）x1=a1⊕a3，x2=a3⊕a2，不变；（2）x1≠a1⊕a3，x2=a2⊕a3，改变a1；（3）x1=a1⊕a3，x2≠a2⊕a3，改变a2；（4）x1≠a1⊕a3，x2≠a2⊕a3，改变a3。在上述四种状况下，均只改变了一个比特位，计算所得的平均改变比特数是0.75。在实际的H.264/AVC视频信息隐藏算法中，可以应用矩阵编码模式的这一思想，减少对载体的修改量，从而提高信息嵌入的效率。
2.2信息隐藏算法分析
2.2.1映射规则的确定
基于H.264/AVC标准，本文应用矩阵编码模式的理论，制定相应的映射规则，需要映射相同信息比特数时，使用较少需要修改的预测模式。因此，技术人员首先要将Intra_4×4（下文中简写为I4）模式划分成偶数类区间以及奇数类区间，其中，偶数类区间是指（0，2，4，6，8），奇数类区间是指（1，3，5，7）；然后，技术人员需要将满足条件要求的I4块按照三个一组的标准划分，并在每一组中嵌入两个比特数据，固定每组中仅可以修改一个I4模式。比如，技术人员将I4a、I4b以及I4c划分为一个组，如果需要同时改变I4a以及I4c的时候，技术人员可以通过改变I4b的方式实现I4a以及I4c的改变。
与此同时，如果I4模式处于偶数类区间中，使用“0”表示；如果I4模式处于奇数类区间中，使用“1”表示。在实际的映射表示过程中，三个I4块模式分别用V1、V2与V3表示，这三者分别有“0”和“1”这两种可能性。也就是说，技术人员嵌入的数据有“00”、“01”、“10”以及“11”这四种模式，不同的模式对应不同的映射规则。根据其映射规则，技术人员需要对改变后的I4模式分组。本文选择特定容量为3/16、3/8、9/16以及3/4等模板，作为信息嵌入位置，分析映射规则下的信息嵌入模式。具体的嵌入状况如图1所示：
2.2.2嵌入方案的制定
在明确映射规则以及嵌入模板之后，技术人员需要制定相应的嵌入方案，通过矩阵编码，明确嵌入信息和载体的映射关系。通过上文确定的映射规则以及嵌入模板，本文制定了如下嵌入方案：第一，对需要嵌入的隐秘信息采取置乱处理；第二，使用密钥选择相应的嵌入模板；第三，按照选择的嵌入模板以及矩阵编码映射规则，实现隐秘信息的映射，并将嵌入的隐秘信息I4块进行重新编码；第四，如果信息嵌入完毕，则信息隐藏完成，如果信息没有正确嵌入，将重复第三个步骤。
2.2.3提取方案的制定
就上文中提出的视频信息隐藏算法而言，其提取方案相对简单，只需要进行I帧部分信息的解码就能够获取相应的隐秘信息，不需要对整个视频进行解码。具体的提取方案如下：第一，通过I帧解码获取I帧隐藏的I4模式信息；第二，使用密钥选择相应的模板；第三，如果发现视频中含有隐藏信息，则进入第四步，如果没有隐藏信息，则对下一个16×16宏块进行分析；第四，使用选择的模板进行I4模式的两两异或分析，从而获取映射比特信息，在提取时进行V1⊕V2与V2⊕V3的计算；第五，在隐藏信息提取完成之后，进行反置乱以及解密处理，就能够获得最终的真实隐秘信息[2]。
结论：
综上所述，网络数字信息化的发展使社会对信息安全的要求之间提升，信息隐藏技术应运而生。通过本文的分析可知，技术人员可以在不同的编码模式下，进行H.264/AVC视频信息隐藏算法的设计，通过合理映射规则的制定，在保障视频质量与码流的基础上，将隐藏信息嵌入到视频中，实现信息的隐蔽通信，保障网络信息安全。希望本文的分析可以为相关研究提供理论参考。
参考文献：
[1]李海辉. QDCT域大容量H.264/AVC视频信息隐藏算法研究[D].西南交通大学，2017.
[2]李海辉，王宏霞，吴汉舟.基于多分类的QDCT域大容量H.264/AVC视频信息隐藏算法[J].光电子·激光，2017，28（04）：404-410.
作者简介：
李栋，男，陕西潼关人，1990年8月出生，硕士研究生，研究方向：信息安全。
马双棚，男，河南许昌人，1990年4月出生，硕士研究生，研究方向，信息安全。
段妍羽，女，山东海阳人，1991年10月出生，研究方向：数据挖掘。