新型视频信息隐藏分析算法探讨

李栋 马双棚 段妍羽

摘要：信息隐藏技术的广泛应用，使个人也能够进行视频信息隐藏，对信息隐藏后的视频分析成为研究的热点。基于此，本文将MSU Stego Video视频信息隐藏工具作为研究对象，对其信息隐藏算法及信息数据分布进行分析，以此视频信息隐藏分析算法的设计，并选择多个视频资源，应用MSU软件进行信息隐藏处理，然后应用本文设计的分析算法对视频资源进行分析，分析的结果显示，该分析算法可以准确检测出视频中的秘密信息。

关键词：信息隐藏；MSU算法；分析算法

前言

在信息隐藏技术以及隐藏分析技术相互促进发展的背景下，社会中出现了大量的隐藏软件，用于进行视频文件的信息隐藏，但是大部分软件都只能够利用视频文件中的冗余空间实现信息隐藏，难以将秘密信息与视频本身的内容进行有效融合。而MSU隐藏软件采用鲁棒性较强的隐藏算法，将秘密信息与视频本身内容进行有效融合，嵌入数据的不可感知性相对较高。因此，本文选择该软件进行视频信息隐藏处理，验证分析算法的准确性。

1.视频信息隐藏分析

本文选择MSU Stego Video视频信息隐藏工具作为研究对象，进行视频信息隐藏分析算法的设计，确保视频信息隐藏的内容可以被有效检测出来。观察MSU 隐藏软件的应用流程可发现，MSU隐藏软件应用的视频处理算法为图像扩频水印算法，在对秘密信息进行预处理（比如纠错编码或者加密等处理）之后，形成相应的嵌入数据，然后将嵌入数据从图像空间域中进行叠加嵌入，完成信息隐藏。在信息隐藏的过程中，用户可以通过冗余度参数以及嵌入强度参数的设置，调整信息嵌入的效果。一般来说，冗余度参数越大，就表明能够隐藏的信息量越少；嵌入强度参数越大，就表明隐藏信息越容易被感知到。

与此同时，MSU隐藏软件在进行隐藏信息数据分布时，按照逐帧顺序嵌入的方式，提供隐藏信息的容量。通常是将32×32像块作为基本单位，形成与棋盘格类似的数据分布模式，在很大程度上提高了嵌入信息的鲁棒性，提高了嵌入数据的隐蔽性。在进行嵌入调制策略的分析时，为了避免视频颜色失真，MSU软件只通过图像亮度分量实现信息嵌入，并没有在色度信号中进行数据信息的隐藏，这在一定程度上降低了嵌入数据的不可感知性[1]。基于上述特点，本文进行了视频信息隐藏分析算法的设计，具体的设计内容将在下文叙述。

2.新型视频信息隐藏分析算法分析

2.1分析算法的设计

通过上述分析可知，MSU隐藏算法选择独有的分布模式进行嵌入数据的分布，这在很大程度上提高了算法的鲁棒性。虽然这一分布模式和压缩编码中的块效应相似，但是两者仍旧有所差异。本文将MSU算法中的16×16像素块为例，分析MSU算法隐藏数据的特点，具体的块效应示意图如图1所示，观察图1可以发现，数据嵌入会增强像素块边缘（图1中的实线边缘）的块效应，降低内部8×8像素块边缘（图1中的虚线边缘）的块效应，这一特点和块效应的实际分布趋势相反。本文应用视频压缩过程中引入的块效应和MSU算法隐藏数据中块效应的差距，进行视频信息隐藏分析算法的设计，对MSU视频信息隐藏工具的隐藏效果进行分析。

具体而言，视频信息隐藏分析算法的设计流程如下：第一，应用边界差值检测算子DD整合并统计图像内部各个位置边缘的块效应，图像中任意一个块边缘像素点（i，j）在水平方向及垂直方向上的D算子计算公式为Dh（i，j）=|f（i，j+1）-f（i，j）|；DV=|f（i+1，j）-（i，j）|。与此同时，需要在分析算法中应用门限截取策略，避免图像内容出现变化之后，对块效应的检测造成不利影响。

第二，为了明确两个不同区域块效应的差异，分析算法需要分别对不同边界区域的块效应因子（如D16与D8）进行定义。在应用XVID-MPEG4编码器对两个不同的序列采取压缩编码重建处理之后，通过Container序列对这两个序列的块效应因子的变化状况进行分析，分析的结果显示，没有经过MSU算法隐藏的序列，两个块效应因子数值相差无几；经过MSU算法隐藏的?，两个块效应因子的数值相差较大。由此可以看出，视频信息的块效应分布具有显著的不均匀特征。

第三，将两个块效应因子之间的差值设为△F，将其作为判断依据。如果视频序列没有通过MSU算法进行隐藏处理，所得的△F数值接近于0；如果视频序列通过MSU算法进行隐藏处理，嵌入了秘密信息，所得的△F数值将为非0的数值。因此，通过对分析算法判决门限的设计，可以检测视频中应用MSU算法是否进行了信息隐藏。

2.2分析算法的应用

为了进一步验证设计分析算法的准确性，本文选取了多个视频资源，使用XVD对视频资源进行压缩编码处理，并通过对XVD参数的设置，提供了多组嵌入强度以及压缩编码码率不同的视频资源，并选择一定数量的视频资源，对其进行秘密信息的嵌入，应用MSU算法实现隐藏处理，最后采用本文设计的分析算法进行视频资源的检测分析，从而得出分析算法的有效性。观察测试的结果可知，没有经过MSU隐藏算法处理的视频序列，其△F接近于0；经过MSU算法处理的视频序列所得的△F值较大，和嵌入强度呈正相关关系，△F值和压缩编码率之间没有较大的关联。由此可以看出，本文设计的分析算法具有一定的准确性，可以检测出MUS算法处理的视频嵌入了秘密信息。

但是在实践应用中，检测的序列越短（视频的长度越短），计算所的△F值越容易受到图像内容的影响，使没有进行信息隐藏的视频得出较大的△F值，从而产生判断失误。因此，技术人员需要进行进一步研究，合理设置分析算法的判决门限，避免分析算法的最終检测结果收到视频图像的影响[2]。

结论

综上所述，信息隐藏技术的发展促使社会中出现了信息隐藏分析技术，用于分析被隐藏的秘密信息。通过本文的分析可知，在进行信息隐藏分析时，技术人员可以利用块效应分布的特征，进行隐藏分析算法的设计，从而检测出不同压缩码率以及压缩强度的隐藏信息，提高视频信息隐藏分析的有效性，促进信息隐藏分析技术的可持续发展。希望本文的分析可以为相关研究提供理论参考。

参考文献：

[1]许绘香，赵冰.基于运动估计的视频信息隐藏分析技术研究[J].中州大学学报，2016，33（04）：125-128.

[2]王家骥. 基于帧内预测模式的HEVC视频信息隐藏方法研究[D].宁波大学，2015.

作者简介

李栋，男，陕西潼关人，1990年8月出生，硕士研究生，研究方向：信息安全。

马双棚，男，河南许昌人，1990年4月出生，硕士研究生，研究方向，信息安全。

段妍羽，女，山东海阳人，1991年10月出生，研究方向：数据挖掘。