基于FLV视频结构特征的数字视频信息嵌入和提取的方法

摘要

一种信息安全技术领域的基于FLV视频结构特征的数字视频信息嵌入和提取的方法，采用基于FLV视频结构特征的方式嵌入/提取隐藏信息，实现对视频信息隐藏的实时性操作；嵌入的信息容量可根据实际需要隐藏数据的大小来确定，灵活性高，容量根据需要自适应能力强；在数据区留有可扩展位，可用于后期算法及数据的改进工作。

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种信息安全技术领域的方法，具体是一种基于FLV(FLASH VIDEO，矢量视频流媒体)视频结构特征的数字视频信息嵌入和提取的方法。

背景技术

网络视频作为一种新兴的传播媒体，随着互联网的发展表现出越来越强的吸引力，网络视频已成为当前人们最感兴趣的视频信息来源。伴随着网络视频产业的迅猛发展，也日益显露出在视频监管方面的突出问题：大量视频网站对所发布的网络视频内容缺乏有效的审核，视频网站上视频的非授权拷贝并再次非法发布等，这些都损害了视频这一数字媒体的健康发展。数字隐藏标签技术就是针对这些问题所提出的，将网站信息、版权、视频类型等信息作为隐藏标签嵌入到多媒体视频中，以起到版权保护、鉴定视频来源、秘密通信等作用。

而目前几乎所有的大型视频网站都采用FLV(FlashVideo)格式来发布视频，它已成为当前网络视频文件的主流格式。FLV是在Sorenson公司的压缩算法的基础上开发出来的，它作为一种新兴的网络视频格式，得到众多网站的支持并非偶然。除了FLV视频格式本身资源占有率低、视频质量良好等特点，丰富、多样的资源也是FLV视频格式统一在线播放视频格式的一个重要因素。

FLV视频包括：视频数据块、音频数据块和脚本数据块，其中：视频数据块是经过特定压缩算法及VLC编码后得到的视频画面数据；音频数据块是经过特定压缩算法及编码后的音频数据；脚本数据块为FLV视频信息数据且位于视频开头部位，包括视频名字及视频持续时间等。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101022550，公开日2007-8-22记载了一种“流媒体的数字水印信息嵌入方法”，该技术采用将隐藏信息模拟成视频流媒体的视频帧的方式来隐藏信息；中国专利文献号CN101198045，公开日2008611，记载了一种“流媒体数字水印系统”，该技术采用实时地与视频数据的压缩编码相结合的方式实现信息的隐藏技术。

上述现有技术都能在一定限度上实现信息隐藏，但实现效率上、计算复杂度等方面都有所欠缺。针对网络视频的信息隐藏前后的保真性、视频信息隐藏嵌入和提取的实时性，以及对常见攻击的检测都是对网络视频信息隐藏技术的挑战。现有的信息隐藏技术在实时性和保真性方面尚有缺陷，因此将此作为一个新兴研究方向，仍有很大的发展空间。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于FLV视频结构特征的数字视频信息嵌入和提取的方法，可实现对视频信息隐藏的实时性操作；嵌入的信息容量可根据实际需要隐藏数据的大小来确定，灵活性高，容量根据需要自适应能力强；在数据区留有可扩展位，可用于后期算法及数据的改进工作。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种基于FLV视频结构特征的数字视频信息嵌入的方法，具体包括以下步骤：

第一步、将待隐藏信息分割后构造得到隐藏标签信息，具体为：

a)首先为待隐藏信息m生成散列值数据H；

b)将H添加在m后面生成合成信息M，将合成信息M分割成n段等长数据，分别为M₁、M₂…M_n，n为标签分段得个数；

c)分别在M_i后添加当前标签分段的标号i及下一段标签离当前标签的距离D_i，D_i为两个相邻标签在嵌入时中间间隔的视频数据块的个数；

d)计算该段隐藏信息m的脚本数据块和含下段隐藏信息的脚本数据块之间的D_i个视频数据块中前向大小相互取与运算后的结果R_i，并将R_i添加到上述构造的标签之后。

e)在标签后面添加扩展升级数据E_i，生成隐藏标签信息Wi。

第二步、将隐藏标签信息加入FLV视频的脚本数据块；

所述的脚本数据块符合FLV标准的规范，包含tag类型、数据区长度、时间戳、扩展时间戳、流ID、数据区及前向大小，其中：tag类型为0x12脚本，数据区长度为隐藏标签信息W_i的长度，数据区内容为隐藏标签信息W_i，前向大小标示整个脚本数据块的长度大小。

第三步、读取待嵌入FLV文件，从第一个视频数据块开始每间隔一定的视频数据块依次在该视频数据块后添加第二步所得的脚本数据块，直至所有脚本数据块嵌入完毕获得含隐藏信息FLV文件，完成嵌入步骤。

本发明涉及一种基于FLV视频结构特征的数字视频信息提取的方法，具体包括以下步骤：

步骤一、读取含隐藏信息的FLV文件并采用分块读取方式获得第一个脚本数据块；

步骤二、从第一个脚本数据块中取出其中数据项内容，并判断是否含有隐藏信息；

所述的判断是否含有隐藏信息是指：从脚本数据块中的数据区内容中取出数据，并从整个数据区内容的末端开始分析，按照嵌入第一步中各项数据段E_i、R_i、D_i以及标号i的数据长度分别提取出扩展升级数据E_i、在E_i前部的R_i、D_i以及i的值，若R_i的取值全为0且i的值为1时，则判定当前脚本数据块为第一个含有隐藏信息的脚本数据块；否则，则判定该脚本数据块中不含有隐藏信息，并继续分析下一个脚本数据块，直至到找含有隐藏信息的脚本数据块；

步骤三、取出含有隐藏信息的脚本数据块的隐藏标签信息及该脚本数据块之后的连续若干个视频数据块，经信息融合后得到待隐藏信息，具体为：

i)取出含有隐藏信息的脚本数据块的隐藏标签信息，得到标签编号i、散列数据的M_i、距离下一标签的距离D_i以及前向数据块大小取与运算后结果R_i数据。

ii)读取之后连续的D_i个视频数据块，每次读取后对当次读取到的视频数据块中前向大小的值进行与运算得到R，接下来的第D_i+1个数据块即下一个含隐藏数据的脚本数据块SD_i+1。

iii)在得到含隐藏信息的脚本数据块SD_i+1后，按步骤i和步骤ii中的方式分析各数据块的值。并判断数据块标签编号是否为i+1，R_i+1是否与R值相同、扩展位数据分析等来判定该数据块以及SD_i+1和SD_i数据块间的D_i个视频数据是否受到修改，包括帧替换、帧修改等攻击处理。若全部符合预得到的值，则说明这两个隐藏信息间的视频数据块及SD_i+1该数据块未受到攻击，则重复步骤iii继续处理下一个含隐藏信息的数据块。

iv)重复上述步骤iii，直到最后一个数据块SD_n中提取出的D_n值为0，则可判定是最后一个含有隐藏信息的脚本数据块。

v)将上面检测过程中得到的含部分隐藏信息及部分散列数据的M₁、M₂…M_n进行拼接得到M，从M中分离出隐藏信息m和散列值H。

vi)对隐藏信息m进行散列运算，得到的结果与H进行比对。当两者一致则隐藏信息未被修改；当不一致，则说明隐藏信息或者散列值受到破坏，该信息不可信。到此整个隐藏信息检测结束。

本发明的嵌入方法就是构造含有隐藏信息的脚本数据块。按照上述规范构造符合规范标准的脚本数据块，其中数据区包含有隐藏信息内容，并将该构造的脚本数据块写入到特定视频数据块或者音频数据块的后方，以达到分散隐藏信息的目的；在数据区中的数据包含有前面视频数据块中的标示信息，这样即可用于检测视频中针对帧置乱、帧丢失、帧替换等攻击，增强健壮性；各加入的脚本数据块间存在关联信息，并与视频内容关联，可用于检测视频的完整性及隐藏信息的完整性；由于是块中嵌入隐藏信息，无法影响到视频画面质量及音频质量，视频保真性极高；由于采用视频结构分析方式嵌入隐藏信息，嵌入和提取效率极高，可实现对视频信息隐藏的实时性操作；嵌入的信息容量可根据实际需要隐藏数据的大小来确定，灵活性高，容量根据需要自适应能力强；在数据区留有可扩展位，可用于后期算法及数据的改进工作，具有可升级性。

附图说明

图1是本发明嵌入步骤流程图。

图2是本发明提取步骤流程图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

嵌入隐藏信息流程如图1所示，其具体步骤为：

第一步、将待隐藏信息分割后构造得到隐藏标签信息；

a)首先为待隐藏信息m生成散列值数据H；

b)将H添加在m后面生成合成信息M，将合成信息M分割成n段等长数据，分别为M₁、M₂…M_n，n为标签分段得个数；

c)分别在M_i后添加当前标签分段的标号i及下一段标签离当前标签的距离D_i，D_i为两个相邻标签在嵌入时中间间隔的视频数据块的个数；

d)计算该段隐藏信息m的脚本数据块和含下段隐藏信息的脚本数据块之间的D_i个视频数据块中前向大小相互取与运算后的结果R_i，并将R_i添加到上述构造的标签之后。

e)在标签后面添加扩展升级数据E_i，生成隐藏标签信息Wi。

这样每段隐藏标签信息W_i的内容包含M_i、当前标签编号i、距离下一标签距离D_i、前向大小相互取与运算后的结果R_i(R_i取同长度的0)以及扩展升级数据E_i。

第二步、将隐藏标签信息加入FLV视频的脚本数据块，即将隐藏标签信息W_i及其长度信息添加入符合FLV标准规范的脚本数据块中，该脚本数据块的tag类型为0x12脚本，数据区长度为隐藏标签信息W_i的长度，数据区内容为隐藏标签信息W_i，前向大小标示整个脚本数据块的长度大小。

第三步、读取待嵌入FLV文件，从待嵌入FLV文件的第一个视频数据块后添加含W₁的脚本数据块SD₁。

第四步、后面间隔的视频数据块D₁后再嵌入第二个隐藏脚本数据SD₂，其中包含在SD₂中的数据段R₂的值为SD₁和SD₂之间视频数据块中前向大小进行与运算后的结果。

第五步、重复步骤4，直至所有脚本数据块嵌入完毕。最后一个脚本数据块SDn的Dn取值为0。这样就完成了隐藏信息的嵌入工作，得到一个已有隐藏信息的FLV视频文件。

提取隐藏信息流程如图2所示，其具体步骤为：

步骤一、读取加密FLV文件并采用分块读取方式获得第一个脚本数据块；

步骤二、从第一个脚本数据块中取出其中数据项内容，并判断是否含有隐藏信息；

所述的判断是否含有隐藏信息是指：从脚本数据块中的数据区内容中取出数据，并从整个数据区内容的末端开始分析，按照嵌入第一步中各项数据段E_i、R_i、D_i以及标号i的数据长度分别提取出扩展升级数据E_i、在E_i前部的R_i、D_i以及i的值，若R_i的取值全为0且i的值为1时，则判定当前脚本数据块为第一个含有隐藏信息的脚本数据块；否则，则判定该脚本数据块中不含有隐藏信息，并继续分析下一个脚本数据块，直至到找含有隐藏信息的脚本数据块；

步骤三、取出含有隐藏信息的脚本数据块的隐藏标签信息及该脚本数据块之后的连续若干个视频数据块，经信息融合后得到待隐藏信息，具体为：

i)取出含有隐藏信息的脚本数据块的隐藏标签信息，得到标签编号i、散列数据的M_i、距离下一标签的距离D_i以及前向数据块大小取与运算后结果R_i数据。

ii)读取之后连续的D_i个视频数据块，每次读取后对当次读取到的视频数据块中前向大小的值进行与运算得到R，接下来的D_i+1个数据块即下一个含隐藏数据的脚本数据块SD_i+1。

iii)在得到含隐藏信息的脚本数据块SD_i+1后，按步骤i和步骤ii中的方式分析各数据块的值。并判断数据块标签编号是否为i+1，R_i+1是否与R值相同、扩展位数据分析等来判定该数据块以及SD_i+1和SD_i数据块间的D_i个视频数据是否受到修改，包括帧替换、帧修改等攻击处理。若全部符合预得到的值，则说明这两个隐藏信息间的视频数据块及SD_i+1该数据块未受到攻击，则重复步骤iii继续处理下一个含隐藏信息的数据块。

iv)重复上述步骤iii，直到最后一个数据块SD_n中提取出的D_n值为0，则可判定是最后一个含有隐藏信息的脚本数据块。

v)将上面检测过程中得到的含部分隐藏信息及部分散列数据的M₁、M₂…M_n进行拼接得到M，从M中分离出隐藏信息m和散列值H。

vi)对隐藏信息m进行散列运算，得到的结果与H进行比对。当两者一致则隐藏信息未被修改；当不一致，则说明隐藏信息或者散列值受到破坏，该信息不可信。到此整个隐藏信息检测结束。

该实施例中采用的基于FLV视频结构特征的视频隐藏信息方法主要是针对特定的FLV格式视频。由于该格式视频中含有特定的结构，包含脚本数据块、视频数据块和音频数据块都是该方法提出的重要因素。在采用上述方法进行隐藏信息的嵌入和提取时，是可以实现下载视频的同时进行隐藏信息的嵌入工作；同时实现在播放视频和检测隐藏信息的同步工作，实时性非常高。

由于在本实施例中嵌入隐藏信息位置的特殊性，该脚本中的数据并不会影响到视频实际的视频画面质量和音频效果，因此从保真性来说，该实施例中方法可谓是完美的，保真性极高。

在本实施例嵌入隐藏信息所采用的方法中，嵌入的隐藏信息的数据中添加了数据项D_i，用该值来标示下一隐藏信息所在数据块的位置。有两个方面的优点：一是可以尽快定位下一隐藏信息块所在位置；二是可以用于判定在这两个隐藏信息块间是否发生帧丢失等攻击。

在上述提到的嵌入隐藏信息的方法中，在嵌入的隐藏信息的数据中还添加了数据项R_i，该值是通过对两个相邻嵌入隐藏信息块间的视频数据块中的前向大小作与运算后得到的结果。采用该值可以将该隐藏信息与视频的实际数据相关联，有助于检测针对这两个数据块之间的视频数据的剪辑、替换、修改等有意或无意的攻击，具有一定的鲁棒性。

在对隐藏信息进行构造时，对原始隐藏数据进行了散列运算，同时传输散列后的数据，这将可以用于隐藏信息接收方对隐藏信息的完整性检测。

从该实施例中隐藏信息的分段处理以及隐藏信息的构造方面都可以看出隐藏信息容量方面的灵活性，可根据实际隐藏信息的需求进行调整，容量灵活性高。

对于隐藏信息中还留有扩展位，对于该实施例的升级改进工作都留有一定的空间，该方法可升级性强。而且该方法依然可以推广到类似具有该视频结构特征的其它格式视频中，该实施例的方法具有一定的扩展性。

采用本实施例的方法进行隐藏信息的嵌入，对于新生成的含有隐藏信息的FLV视频没有任何的视频画面和音频质量的失真，从视觉和听觉效果上无法区分出该视频在嵌入隐藏信息前后的差异性；该实施例中采用的嵌入隐藏信息的方法对隐藏信息的嵌入效率极高，可以实现文件同步传输同步嵌入的效率，嵌入速度与文件读写属于同一数量级的速度；该实施例中采用的嵌入和提取隐藏信息的方法配合使用，可以有效的甄别该含有隐藏信息的视频是否受到过有意的攻击，是否存在诸如视频帧丢失、帧错位以及帧修改等攻击，是否存在隐藏信息的不完整；该实施例中采用的提取隐藏信息的方法，可以实现文件同步传输同步提取的效率，提取速度与文件读写属于同一数量级的速度，实时性强。