加密域视频可逆数据隐藏关键技术研究

In order to meet the demand for data security and privacy protection in cloud computing, sensitive videos should be stored in the encrypted form in cloud. In some applications, cloud service providers hope to append some additional message, such as video notation or authentication data, in a reversible manner. In order to do this, research on key technologies of reversible data hiding for encrypted videos is carried out. The main contents include: 1) Explore and research the "embedding rate--distortion" function of reversible data hiding in the encrypted domain, and establish the near-optimal coding structure by using joint carrier lossless compression and data embedding. 2) Research effective H.264/AVC encryption schemes for the histogram-shifting based reversible data hiding technique, and establish the highly centralized statistical histogram of encrypted videos by using DCT residual coefficients and motion vector differences. 3) To improve embedding efficiency, the histogram-shifting based reversible data hiding technique in the encrypted domain with the combination of near-optimal coding structure should be investigated. 4) Reversible distortion drift compensation technology is further studied based on the mechanism of frame distortion drift caused by reversible data hiding in H.264/AVC video. The project will provide new ideas and theoretical basis for reversible data hiding in the encrypted domain. The research results can be applied to multimedia data annotation, copyright protection and content authentication in cloud computing.

为适应云计算数据安全和隐私保护需求，敏感视频以加密形式存储在云端。在很多应用场景，云端需在加密视频中嵌入一些可擦除附加消息，如视频标注或认证数据。为此，本项目开展加密域视频可逆数据隐藏关键技术研究，主要内容包括：1)研究加密域可逆数据隐藏"嵌入率--失真"函数，构建联合"载体无损压缩--数据嵌入"的近似最优可逆数据嵌入编码；2)针对直方图移位的可逆数据嵌入技术,研究有效的H.264/AVC加密方案，利用DCT残差系数和运动矢量差分构造加密载体的高集中统计量直方图；3)研究加密统计量直方图移位嵌入方案，将近似最优可逆数据嵌入编码引入到直方图移位嵌入中，以提高算法的嵌入效率；4)挖掘可逆数据隐藏引起的H.264/AVC视频帧内失真漂移机理，研究可逆失真漂移补偿技术。本项目的研究将为加密域可逆数据隐藏提供新思路和技术基础，预计研究成果可应用于云计算环境下的视频数据标注、版权保护及篡改检测等领域。

为适应云计算数据安全和隐私保护需求，敏感视频以加密形式存储在云端。为了对云端密文视频进行有效管理和保护，需在密文视频中嵌入一些可擦除附加消息，如视频标注或认证数据。为此，本项目以加密域视频为研究对象，对云计算安全所涉及的加密域视频可逆数据隐藏关键技术开展研究。主要内容包括：(1) 提出了加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，加密对视频码率影响很小，数据隐藏者可以直接在加密域嵌入隐秘信息，数据提取与视频解密是完全分离的；(2) 提出了基于二维直方图移位的加密域H.264/AVC视频可逆数据隐藏方法，通过对残差系数配对做扩展或者移位实现隐秘信息的嵌入，在保持较好感知质量的同时，能够提供高嵌入容量；(3) 提出了加密域H.264/AVC视频数据隐藏方法，采用码字配对、单码字映射、多码字映射来嵌入隐秘信息，加密和信息嵌入不会改变码流结构和文件长度；(4) 提出了兼容CABAC的加密域H.264/AVC视频数据隐藏方法，选择旁路编码模式的语法元素进行等长二进制串替换实现加密和数据隐藏，加密和数据隐藏都对H.264/AVC视频流的码率没有任何改变；(5) 提出了完全可分离的加密域图像可逆数据隐藏方法，能保证在提取隐秘信息后可无失真地恢复出原始图像；(6) 提出了基于直方图移位可逆数据隐藏的H.264/AVC视频帧内错误修复的方法，在编码端将运动矢量信息嵌入到相邻宏块，在解码端可以通过提取运动矢量信息对损坏的宏块进行修复；(7) 针对最新一代视频压缩编码标准HEVC，探索性地提出了基于预测模式调制的HEVC视频信息隐藏算法。本项目的研究将为加密域可逆数据隐藏提供新思路和技术基础，预计研究成果可应用于云计算环境下的视频数据标注、版权保护及篡改检测等领域。