一种使用2D/3D视频的信息嵌入系统和信息提取系统

摘要

本发明公开了一种使用2D/3D视频的信息嵌入方法，包括：获取2D/3D视频，并接收用户输入的嵌入控制信息、消息和密钥，将用户输入的消息进行封装，以生成多个比特串作为密段，将嵌入控制信息进行封装，以生成一个比特串,使用加密算法对步骤（3）生成的比特串进行加密，以生成加密后的嵌入后的控制信息密段，并设置计数器i=1，将用于标识嵌入控制信息第一次完整嵌入的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息重复嵌入次数的标志Cnt_embed设置为0,对2D/3D视频的第i帧进行解码，并判断解码后的第i帧是否符合控制信息嵌入算法的处理条件。本发明能够解决现有方法中存在的隐写算法无法直接为隐蔽通信系统提供支持、不能直接应用于2D和3D视频的技术问题。

说明书

技术领域

本发明属于信息隐写、H.264编解码技术、以及计算机网络通信领域， 更具体地，涉及一种使用2D/3D视频的信息嵌入系统和信息提取系统。

背景技术

为了在发送方和接收方之间进行不露痕迹的隐蔽通信，国内外研究者 提出了利用隐写算法对信息隐藏过程进行控制以实现秘密通信的方法。在 当前已知的专利授权中针对隐蔽通信系统相关的方案主要可以分为两类。 第一类主要是具体的隐写和隐写分析算法，并未讨论完整的隐蔽系统实现 方案。经检索，目前涉及隐写算法的相关中国专利约66项，世界专利约115 项。大多数方案为具体算法，嵌入时将秘密信息连续地嵌入在符合算法条 件的位置上，提取时，针对所有符合算法条件的位置提取信息。第二类涉 及完整的隐蔽通信系统，但隐蔽载体只是文本和音频，未使用2D或3D视 频。在中国发明专利说明书CN101577619A中公开了一种语音信息隐藏实时 保密通信系统，将信息隐藏、计算机、密码和通信等技术有机结合起来， 通过连接公共电话网PSTN、移动通信GSM/CDMA、视频会议和VoIP网络， 利用语音信息隐藏和提取算法，将MELP2.4KBps秘密语音隐藏在码激励线 性预测编码G.721、G.728、GSM和G.729公共语音中，在公共通信信道中 建立隐蔽信道进行秘密语音信息的实时保密通信。

当前的两类专利分别考虑了具体的隐写算法以及以文本、图像和音频 为载体的隐蔽通信方案。前者主要是各种隐写算法，并未将其应用到实际 的通信系统中，因而其缺点是：首先，算法的提出到系统的实现还需要大 量的后续研究，其可行性和可实施性有待实践的进一步检验；其次各类隐 写算法并没有给出具体的应用场合，使得其应用前景并不明朗。因此，大 量隐写算法的提出，在一定程度上丰富了隐蔽通信实现的手段，但还不足 以满足实际的隐蔽通信系统需要。。后者利用的载体主要是文本、图像以及 音频，其方案不能直接应用于2D和3D视频，这是由于信息隐藏与其载体 密切相关。在当前互联网飞速发展和2D/3D摄像技术大众化背景下，其方 案大大制约了隐蔽通信系统在网络多媒体领域的进一步发展。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种使用2D/3D 视频的信息嵌入方法和系统，其目的在于，解决现有方法中存在的隐写算 法无法直接为隐蔽通信系统提供支持问题以及现有方案不能直接应用于2D 和3D视频的技术问题。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种使用2D/3D视 频的信息嵌入方法，包括以下步骤：

（1）获取2D/3D视频，并接收用户输入的嵌入控制信息、消息和密钥；

（2）将用户输入的消息进行封装，以生成多个比特串作为密段，密段 的总数量即为消息段数，且每个密段中包括段头标识符、段标识号、段数 据长度、段数据和段尾标识符；

（3）将嵌入控制信息进行封装，以生成一个比特串，即嵌入控制信息 密段，嵌入控制信息包括段头标志位，用户输入的嵌入控制信息，消息段 数以及段尾标识符；

（4）使用加密算法对步骤（3）生成的比特串进行加密，以生成加密 后的嵌入后的控制信息密段，并设置计数器i=1，将用于标识嵌入控制信息 第一次完整嵌入的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息重复嵌入次数的 标志Cnt_embed设置为0；

（5）对2D/3D视频的第i帧进行解码，并判断解码后的第i帧是否符 合控制信息嵌入算法的处理条件，如果符合则转入步骤（6），否则转入步 骤（7）；

（6）使用控制信息嵌入算法将步骤（4）生成的加密后的控制信息密 段嵌入第i帧，并判断标志CI_flag是0还是1，如果是0则将该标志CI_flag 设置为1，然后转入步骤（9），如果是1则直接转入步骤（9）；

（7）判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符合用户选 择的嵌入算法的处理条件，如果CI_flag是1且符合处理条件则转入步骤 （8），否则转入步骤（9）；

（8）使用用户选择的嵌入算法将步骤（2）生成的多个消息密段嵌入 第i帧，并判断是否全部嵌入，若是则设置标志Cnt_embed=Cnt_embed+1， 然后转入步骤（9），否则转入步骤（9）；

（9）将第i帧写入H.264格式的2D/3D视频文件；

（10）判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是则表示已经 生成含有消息的新2D/3D视频，然后转入步骤（11），否则设置i=i+1，然 后返回步骤（5）；

（11）判断标志Cnt_embed是否大于0，若是则向用户提示嵌入消息的 冗余度等于Cnt_embed，否则向用户提示视频容量不足，需更换视频。

优选地，步骤（2）中对用户输入的消息是通过以下格式进行封装：

优选地，步骤（3）中将嵌入控制信息是通过以下格式进行封装：

一种使用2D/3D视频的信息嵌入系统，包括：

第一模块，用于获取2D/3D视频，并接收用户输入的嵌入控制信息、 消息和密钥；

第二模块，用于将用户输入的消息进行封装，以生成多个比特串作为 密段，密段的总数量即为消息段数，且每个密段中包括段头标识符、段标 识号、段数据长度、段数据和段尾标识符；

第三模块，用于将嵌入控制信息进行封装，以生成一个比特串，即嵌 入控制信息密段，嵌入控制信息包括段头标志位，用户输入的嵌入控制信 息，消息段数以及段尾标识符；

第四模块，用于使用加密算法对第三模块生成的比特串进行加密，以 生成加密后的嵌入后的控制信息密段，并设置计数器i=1，将用于标识嵌入 控制信息第一次完整嵌入的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息重复嵌 入次数的标志Cnt_embed设置为0；

第五模块，用于对2D/3D视频的第i帧进行解码，并判断解码后的第i 帧是否符合控制信息嵌入算法的处理条件，如果符合则转入第六模块，否 则转入第七模块；

第七模块，用于使用控制信息嵌入算法将第四模块生成的加密后的控 制信息密段嵌入第i帧，并判断标志CI_flag是0还是1，如果是0则将该 标志CI_flag设置为1，然后转入第九模块，如果是1则直接转入第九模块；

第七模块，用于判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符 合用户选择的嵌入算法的处理条件，如果CI_flag是1且符合处理条件则 转入步骤第八模块，否则转入第九模块；

第八模块，用于使用用户选择的嵌入算法将第二模块生成的多个消息 密段嵌入第i帧，并判断是否全部嵌入，若是则设置标志 Cnt_embed=Cnt_embed+1，然后转入第九模块，否则转入第九模块；

第九模块，用于将第i帧写入H.264格式的2D/3D视频文件；

第十模块，用于判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是则 表示已经生成含有消息的新2D/3D视频，然后转入第十一模块，否则设置 i=i+1，然后返回第五模块；

第十一模块，用于判断标志Cnt_embed是否大于0，若是则向用户提示 嵌入消息的冗余度等于Cnt_embed，否则向用户提示视频容量不足，需更换 视频。

本发明的另一个目的在于提供一种使用2D/3D视频的信息提取方法和 系统，其目的在于，解决现有方法中存在的隐写算法无法直接为隐蔽通信 系统提供支持问题以及现有方案不能直接应用于2D和3D视频的技术问题。

按照本发明的另一方面，提供了一种使用2D/3D视频的信息提取方法， 包括以下步骤：

（1）获取载密2D/3D视频，用户输入的提取秘钥，并判断秘钥是否正 确，如果正确转入步骤（2)，否则过程结束；

（2）设置计数器i=1，将用于标识控制信息第一次完整提取的标志 CI_flag设置为0，将用于标识消息完整提取的标志Extra_flag设置为0；

（3）对2D/3D视频的第i帧进行解码，判断标志CI_flag是否为0且解码 后的第i帧是否符合控制信息提取算法的处理条件，如果标志CI_flag为0且 符合提取算法处理条件，则转入步骤（4），否则转入步骤（5）；

（4）使用控制信息提取算法提取控制信息密段，并将选择算法标识、 算法条件、以及消息段数提取出来，并将CI_flag置为1；

（5）判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符合提取算法 的处理条件，如果CI_flag为1且符合处理条件则转入步骤（6），否则转入 步骤（7）；

（6）根据提取算法提取消息密段，并从密段中分析出段号和段数据；

（7）判断是否所有的消息密段都已提取，如果是则将标志Extra_flag 设置为1，并向用户提示有新的消息需要接受，然后转入步骤（8),否则转 入步骤（8）；

（8）判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是，然后转入步骤 （9），否则设置i=i+1，然后返回步骤（3）；

（9）判断标志Extra_flag是否为1，如果是则向用户提示有新的消息 需要接收，否则向用户提示观看时间段内未能提取到信息。

优选地，步骤（4）是按照如下格式将选择算法标识、算法条件、以及 消息段数提取出来：

优选地，步骤（6）是按照如下格式从密段中分析出段号和段数据：

一种使用2D/3D视频的信息提取系统，包括：

第一模块，用于获取载密2D/3D视频，用户输入的提取秘钥，并判断秘 钥是否正确，如果正确转入第二模块，否则过程结束；

第二模块，用于设置计数器i=1，将用于标识控制信息第一次完整提取 的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息完整提取的标志Extra_flag设置 为0；

第三模块，用于对2D/3D视频的第i帧进行解码，判断标志CI_flag是否 为0且解码后的第i帧是否符合控制信息提取算法的处理条件，如果标志 CI_flag为0且符合提取算法处理条件，则转入第四模块，否则转入第五模 块；

第四模块，用于使用控制信息提取算法提取控制信息密段，并将选择 算法标识、算法条件、以及消息段数提取出来，并将CI_flag置为1；

第五模块，用于判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符合 提取算法的处理条件，如果CI_flag为1且符合处理条件则转入第六模块， 否则转入第七模块；

第六模块，用于根据提取算法提取消息密段，并从密段中分析出段号 和段数据；

第七模块，用于判断是否所有的消息密段都已提取，如果是则将标志 Extra_flag设置为1，并向用户提示有新的消息需要接受，然后转入第八 模块,否则转入第八模块；

第八模块，用于判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是，然 后转入第九模块，否则设置i=i+1，然后返回第三模块；

第九模块，用于判断标志Extra_flag是否为1，如果是则向用户提示 有新的消息需要接收，否则向用户提示观看时间段内未能提取到信息。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够 取得下列有益效果：

1、与一般加密通信相比，本发明不仅能隐藏数据本身（与加密通信相 同），而且还能隐藏元数据（加密通信常常暴露加密行为本身）。

2、与当前其它隐蔽通信方案相比，本发明作为隐蔽载体的2D/3D网络 视频流约占互联网流量的90%，具有公开、大众、大量以及公用的属性，是 隐蔽通信唾手可得的最佳伪装环境；

3、与当前其它隐蔽通信方案相比，本发明可以保证接收方边播放边提 取，能保障隐蔽通信的实时性；

4、与当前其它隐蔽通信方案相比，本发明可以保证接收方随时切入随 时提取，能提高隐蔽通信的抗隐写分析能力；

5、与当前其它隐蔽通信方案相比，本发明拥有一套具有知识产权的隐 写算法，能保障隐写算法的有效性和多样性。

6、本发明可以应用在各种需要隐蔽通信的场合，如一般环境下的商业 秘密隐蔽通信和个人隐私的隐蔽通信，以及特殊环境下的外交隐蔽通信和 军事隐蔽通信，例如被对方国家强力监视监管下的驻外使馆或人员，以及 常规军事通信手段受监受阻环境下的军事单位或人员。

附图说明

图1是本发明使用2D/3D视频的信息嵌入方法的流程图。

图2是本发明使用2D/3D视频的信息提取方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图 及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体 实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的 本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可 以相互组合。

如图1所示，本发明使用2D/3D视频的信息嵌入方法包括以下步骤：

（1）获取2D/3D视频，并接收用户输入的嵌入控制信息、消息和密钥； 具体而言，用户输入的嵌入控制信息包括用户选择的嵌入算法和该算法相 关的条件，本发明把发送方需要隐藏发送的信息称为“隐藏消息”，可简称 为消息，并约定其最大长度为L≤4096汉字（或65536Bits），这已经满足 一般情况下隐蔽通信的需要。为了加强隐蔽通信的鲁棒性和抗隐写分析性， 把L分为若干消息段，每个消息段的长度为16个汉字（或256Bits），因 此L最大可分为256个消息段；

（2）按照如下格式（本说明书中称为格式1)将用户输入的消息进行封 装，以生成多个比特串，本发明中将此步骤生成的一个比特串称为一个消 息密段，密段的总数量即为消息段数，且每个密段中包括段头标识符、段 标识号、段数据长度、段数据和段尾标识符；

（3）按照如下格式（本说明书中称为格式2)将嵌入控制信息进行封装， 以生成一个比特串，本发明中将该比特串称为嵌入控制信息密段；具体而 言，嵌入控制信息包括段头标志位，用户输入的嵌入控制信息，消息段数 以及段尾标识符，共64bit。

（4）使用非对称RSA算法对步骤（3）生成的比特串进行加密，以生 成加密后的嵌入后的控制信息密段，并设置计数器i=1，将用于标识嵌入控 制信息第一次完整嵌入的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息重复嵌入 次数的标志Cnt_embed设置为0；应当理解，该处用于加密的加密算法并不 局限于RSA算法，也可以是其他加密算法。

（5）对2D/3D视频的第i帧进行解码，并判断解码后的第i帧是否符 合控制信息嵌入算法的处理条件，如果符合则转入步骤（6），否则转入步 骤（7）；

（6）使用控制信息嵌入算法将步骤（4）生成的加密后的控制信息密 段嵌入第i帧，并判断标志CI_flag是0还是1，如果是0则将该标志CI_flag 设置为1，然后转入步骤（9），如果是1则直接转入步骤（9）；

（7）判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符合用户选 择的嵌入算法的处理条件，如果CI_flag是1且符合处理条件则转入步骤 （8），否则转入步骤（9）；

（8）使用用户选择的嵌入算法将步骤（2）生成的多个消息密段嵌入 第i帧，并判断是否全部嵌入，若是则设置标志Cnt_embed=Cnt_embed+1， 然后转入步骤（9），否则转入步骤（9）；

（9）将第i帧写入H.264格式的2D/3D视频文件；

（10）判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是则表示已经 生成含有消息的新2D/3D视频，然后转入步骤（11），否则设置i=i+1，然 后返回步骤（5）；

（11）判断标志Cnt_embed是否大于0，若是则向用户提示嵌入消息的 冗余度等于Cnt_embed，否则向用户提示视频容量不足，需更换视频。

本发明使用2D/3D视频的信息嵌入系统包括：

第一模块，用于获取2D/3D视频，并接收用户输入的嵌入控制信息、 消息和密钥；具体而言，用户输入的嵌入控制信息包括用户选择的嵌入算 法和该算法相关的条件，本发明把发送方需要隐藏发送的信息称为“隐藏 消息”，可简称为消息，并约定其最大长度为L≤4096汉字（或65536Bits）， 这已经满足一般情况下隐蔽通信的需要。为了加强隐蔽通信的鲁棒性和抗 隐写分析性，把L分为若干消息段，每个消息段的长度为16个汉字（或256 Bits），因此L最大可分为256个消息段；

第二模块，用于按照如下格式（本说明书中称为格式1)将用户输入的 消息进行封装，以生成多个比特串，本发明中将此步骤生成的一个比特串 称为一个消息密段，密段的总数量即为消息段数，且每个密段中包括段头 标识符、段标识号、段数据长度、段数据和段尾标识符；

第三模块，用于按照如下格式（本说明书中称为格式2)将嵌入控制信 息进行封装，以生成一个比特串，本发明中将该比特串称为嵌入控制信息 密段；具体而言，嵌入控制信息包括段头标志位，用户输入的嵌入控制信 息，消息段数以及段尾标识符，共64bit。

第四模块，用于使用非对称RSA算法对第三模块生成的比特串进行加 密，以生成加密后的嵌入后的控制信息密段，并设置计数器i=1，将用于标 识嵌入控制信息第一次完整嵌入的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息 重复嵌入次数的标志Cnt_embed设置为0；应当理解，该处用于加密的加密 算法并不局限于RSA算法，也可以是其他加密算法。

第五模块，用于对2D/3D视频的第i帧进行解码，并判断解码后的第i 帧是否符合控制信息嵌入算法的处理条件，如果符合则转入第六模块，否 则转入第七模块；

第七模块，用于使用控制信息嵌入算法将第四模块生成的加密后的控 制信息密段嵌入第i帧，并判断标志CI_flag是0还是1，如果是0则将该 标志CI_flag设置为1，然后转入第九模块，如果是1则直接转入第九模块；

第七模块，用于判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符 合用户选择的嵌入算法的处理条件，如果CI_flag是1且符合处理条件则 转入步骤第八模块，否则转入第九模块；

第八模块，用于使用用户选择的嵌入算法将第二模块生成的多个消息 密段嵌入第i帧，并判断是否全部嵌入，若是则设置标志 Cnt_embed=Cnt_embed+1，然后转入第九模块，否则转入第九模块；

第九模块，用于将第i帧写入H.264格式的2D/3D视频文件；

第十模块，用于判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是则 表示已经生成含有消息的新2D/3D视频，然后转入第十一模块，否则设置 i=i+1，然后返回第五模块；

第十一模块，用于判断标志Cnt_embed是否大于0，若是则向用户提示 嵌入消息的冗余度等于Cnt_embed，否则向用户提示视频容量不足，需更换 视频。

如图2所示，本发明使用2D/3D视频的信息提取方法包括以下步骤：

（1）获取载密2D/3D视频，用户输入的提取秘钥，并判断秘钥是否正 确，如果正确转入步骤（2)，否则过程结束。

（2）设置计数器i=1，将用于标识控制信息第一次完整提取的标志 CI_flag设置为0，将用于标识消息完整提取的标志Extra_flag设置为0.

（3）对2D/3D视频的第i帧进行解码，判断标志CI_flag是否为0且解码 后的第i帧是否符合控制信息提取算法的处理条件，如果标志CI_flag为0且 符合提取算法处理条件，则转入步骤（4），否则转入步骤（5）；

（4）使用控制信息提取算法提取控制信息密段，并按照如下格式（本 发明将格式称为格式1)将选择算法标识、算法条件、以及消息段数提取出 来，并将CI_flag置为1；

（5）判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符合提取算 法的处理条件，如果CI_flag为1且符合处理条件则转入步骤（6），否则 转入步骤（7）；

（6）根据提取算法提取消息密段，并按照如下格式（本发明奖该格式 称为格式2)从密段中分析出段号和段数据。

（7）判断是否所有的消息密段都已提取，如果是则将标志Extra_flag 设置为1，并向用户提示有新的消息需要接受，然后转入步骤（8),否则转 入步骤（8）；

（8）判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是，然后转入步骤 （9），否则设置i=i+1，然后返回步骤（3）；

（9）判断标志Extra_flag是否为1，如果是则向用户提示有新的消息 需要接收，否则向用户提示观看时间段内未能提取到信息。

本发明使用2D/3D视频的信息提取系统包括：

第一模块，用于获取载密2D/3D视频，用户输入的提取秘钥，并判断秘 钥是否正确，如果正确转入第二模块，否则过程结束。

第二模块，用于设置计数器i=1，将用于标识控制信息第一次完整提取 的标志CI_flag设置为0，将用于标识消息完整提取的标志Extra_flag设置 为0.

第三模块，用于对2D/3D视频的第i帧进行解码，判断标志CI_flag是否 为0且解码后的第i帧是否符合控制信息提取算法的处理条件，如果标志 CI_flag为0且符合提取算法处理条件，则转入第四模块，否则转入第五模 块；

第四模块，用于使用控制信息提取算法提取控制信息密段，并按照如 下格式（本发明将格式称为格式1)将选择算法标识、算法条件、以及消息 段数提取出来，并将CI_flag置为1；

第五模块，用于判断标志CI_flag是否为1，且解码后的第i帧是否符 合提取算法的处理条件，如果CI_flag为1且符合处理条件则转入第六模 块，否则转入第七模块；

第六模块，用于根据提取算法提取消息密段，并按照如下格式（本发 明奖该格式称为格式2)从密段中分析出段号和段数据。

第七模块，用于判断是否所有的消息密段都已提取，如果是则将标志 Extra_flag设置为1，并向用户提示有新的消息需要接受，然后转入第八模 块,否则转入第八模块；

第八模块，用于判断第i帧是否是2D/3D视频的最后一帧，如果是，然 后转入第九模块，否则设置i=i+1，然后返回第三模块；

第九模块，用于判断标志Extra_flag是否为1，如果是则向用户提示 有新的消息需要接收，否则向用户提示观看时间段内未能提取到信息。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已， 并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等 同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。