基于CAVLC拖尾系数的H.264/AVC视频信息隐藏算法

针对H.264/AVC视频编码标准熵编码域大容量隐藏的需求，本文提出了一种基于CAVLC (Context Adaptive Variable Length Coding)拖尾系数的H.264/AVC视频信息隐藏方法，通过调制合适的4 × 4亮度DCT块的拖尾系数符号嵌入秘密信息。该方法根据拖尾系数数目调整秘密信息映射规则。信息提取过程不需要原始视频，也不需要完全解码，只解码CAVLC过程拖尾系数符号即可。实验结果表明，该算法在不改变比特率及不影响视频主观质量情况下，具有较高的嵌入效率和容量。

互联网的发展与普及，使得信息传递更加便捷。但在公开信道上传输的信息极易遭到拦截、窃取、破坏、篡改，不仅个人、企业不堪其扰，国家安全也受到了威胁，因此，确保信息安全变得尤为重要。

保证信息安全最基本的方法是加密，它通过置乱消息的内容使攻击者无法读懂消息。但加密的内容更容易引起攻击者的好奇和注意，并有被破译的可能。而信息隐藏技术作为保证信息安全的另一手段，通过隐藏通信的存在很好的解决了加密的缺陷，从而受到广泛关注[1] [2]。

信息隐藏技术是将秘密信息嵌入公开载体(文本、图像、音频、视频)中，在不引起第三方注意的情况下完成隐蔽通信的一种手段。具有安全性、大容量两个重要特性。安全性要求对载体的修改在人类可感知范围之外， 以此降低隐蔽通信被发现的可能性；大容量性则要求载体有尽可能多的冗余用于隐藏信息。

相对于文本、图像、音频等信息隐藏载体，数字视频具有信号空间大的特点，能够满足信息隐藏大容量嵌入信息的需求。

在以往的基于MPEG1 和MPEG2 视频编码标准的信息隐藏技术中，通过直接调制量化后的DCT 系数来隐藏信息，而H.264/AVC 标准引入了帧内预测编码、可变块大小运动补偿及基于上下文自适应熵编码等新特性[3] [4]，预测残差在经过4 × 4DCT 变换、量化之后，系数大部分为0 或±1，这使得轻微的变动足以影响视频比特率及质量，所以以往的图片和视频编码标准中的DCT 域隐藏方法不能直接应用到H.264/AVC 标准中，必须深入研究H.264/AVC 标准的特性并探讨新的信息隐藏方法。

2. 相关工作 目前，很多学者对基于H.264/AVC 标准的视频隐藏做了研究，主要通过调制帧内、帧间预测模式[5] [6] [7] [8] [9]，修改帧间预测中运动矢量的大小[11]，调制熵编码过程中QDCT 系数及码字[12] [13]等来实现秘密信息的嵌入。

文献[5]根据10 个视频序列的统计数据在帧内4 × 4 亮度块与秘密信息之间建立映射，并通过修改帧内4 × 4 块的预测模式隐藏1 比特信息。信息嵌入容量由一个能量参数