数字视频隐写分析关键技术研究

As the contrary of steganography, steganalysis has become the highlight in the area of information security. Although video steganalysis is still in its early days compared with image steganalysis, the research on video steganalysis has important theoretical and practical significance. Combined with the video coding system, this project aims at designing steganalysis algorithms to detect steganography using pixels, DCT coefficients and motion vectors. The influences of embedding on cover videos can be investigated by qualitative analysis and then quantificational model can be established. After that, utilizing oftempral-spatial prediction model and high-order spectrum, temporal domain prediction and parameter estimation, motion coherence evaluation respectively for the three kinds of data, the embedding strength and embedding capacity are reliably estimated in addition to successfully exposing the existence of secret message. The video steganalysis research is developed in both of theory and practical system, so that some methods and tools which have independent intellectual property rights can be designed. Therefore, this project can help to improve the development of multimedia steganalysis.

作为信息隐藏对抗技术,隐写分析技术已成为当前信息安全领域的一个前沿研究方向。相比于图像隐写分析技术的快速发展,面向数字视频的隐写分析尚处于发展初期，但其显现的应用前景使得深入展开视频隐写分析研究具有非常重要的理论和现实意义。本项目拟结合视频压缩编码系统特性，围绕视频数据结构中的空域像素，DCT系数和运动矢量三类主要数据元素构建针对性的隐写分析检测模型。定性研究隐写操作对载体统计特性的影响，建立定量模型，对三类数据元素分别引入时空预测模型和高阶谱技术，时域预测和参数估计技术，运动一致性评价技术，在实现隐写嵌入痕迹判别的基础上，进一步有效估测嵌入强度和嵌入容量两个重要隐写参数，为真正实现信息隐藏逆向分析进行有力的探索。本项目将从理论和实际系统两个层面展开对视频隐写的分析研究，其预期成果将形成一系列具有自主知识产权的检测方法及工具，将有助于推动多媒体信息隐写分析技术体系的完善和发展。

数字视频信息隐藏与隐写分析是当前多媒体信息安全领域的研究热点，它以各种数字视频资源为载体，实现信息的传递与对抗。本课题结合视频压缩编码系统特性，围绕视频数据结构中的空域像素、DCT系数和运动矢量三类主要数据元素展开相关研究。将空域像素与DCT系数相结合，一方面从嵌入调制对视频帧统计特性的影响出发，构建预测模型，利用重谱分析技术不仅实现了对待测视频是否含有秘密信息的判断，进一步对嵌入强度这一嵌入参数进行了较为精确的估计。另一方面，从嵌入调制对视频帧空时域相关性的影响出发，设计了新的空时域局部检测算子，测试结果显示该检测算子在不同压缩编码标准下都具有出色的检测性能。同时通过研究各种不同压缩编码标准中运动矢量的特点，设计了基于菱形编码的H.264运动矢量隐写算法，测试结果表明该算法具有大容量且对视频主观质量和码率影响较小。另外设计了基于参考帧的多视点视频的信息隐藏算法，测试结果表明该算法可以形成一定的嵌入量。课题组依托自身在视频数据分析上的积累，还展开了视频篡改取证和视频内容分析两个方面的探索性研究。最终课题组圆满地完成了项目规划的任务，发表相关学术论文12篇，申请（含授权）专利3件，培养博士硕士研究生12人，并以课题成果为研究基础成功申请了军工项目。