专利名称：数字音视频信息隐藏过滤方法
技术领域：
本发明涉及一种面向数字视频资源的信息安全技术，具体涉及一种信息隐藏过滤方法。
背景技术：
上世纪九十年代中期，数字化信息隐藏技术丌始兴起，它能够实现一种特殊的隐蔽 通信方式，通信双方可以用普通的数字媒体信息作为载体，采用嵌入算法将秘密信息隐 藏其中，从而实现利用公开信道实现隐蔽通信的目的。随着一些信息隐藏软件在网络上 公开发布，使得信息隐藏技术的使用得到广泛普及，而由此所引发的信息安全和网络管
理问题F)趋严重。特别是美国"9.11"事件后，关于国际恐怖分子采用信息隐藏技术进
行秘密通信的报道，使得信息隐藏技术的应用成为关系到国家和社会安全的重大问题， 因此学术界和国家相关部门相继投入大量人力财力，加强信息隐藏对抗技术研究，试图 在技术上实现对该技术的有效管理和监控。
随着宽带网络的普及和流媒体技术的发展，数字音视频资源正逐歩取代文字和静止 图像成为网络信息资源的主流，而高速互联的网络则为音视频通信提供更为灵活便捷的 平台，这些海量的音视频信息资源为基于信息隐藏的隐蔽通信提供了必要的通信环境， 因此基于音视频信息隐藏的隐蔽通信技术及其对抗技术的研究已成为信息安全领域中的 一个焦点。现有音视频信息隐藏对抗技术主要包括两个研究方面， 一是信息隐藏分析技
术；另一个是主动攻击，即信息隐藏干扰技术。
音视频信息隐藏分析技术是针对待测音视频资源进行信息隐藏特征分析，判别其引 入秘密信息的可能性，甚至提取出隐藏信息。音视频信息隐藏干扰技术是针对可疑音视 频资源所实施的一种主动攻击方式，通过干扰调制来有效地阻断可能实现隐蔽通信的信 道。由于信息隐藏所依赖的信道载体是公共信道中传输的媒体信息，因此这种干扰也应 该是一种类似隐藏算法的"无痕"干扰。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种针对多种格式数字音视频数据的信息隐藏过滤方法， 该方法能够实现对现有隐藏算法的有效分析鉴别，并对其薄弱环节设计针对性干扰算法， 以引入最小的失真为代价实现对隐蔽通信的干扰，并且不影响载体信息有效传输和正常 播放的前提下，实现对隐藏信息有效干扰，阻断音视频信息隐藏所构成的隐蔽通信信道。
为此，本发明采用如下的技术方案 一种数字音视频信息隐藏过滤方法，包括下来歩骤
(1) 按照音视频资源的对应文件格式进行音视频解复用，形成单一的视频数据流和 音频数据流；
(2) 对音频数据流和视频数据流分别进行音/视频文件格式冗余分析、音/视频标准 格式冗余分析和现有音/视频隐藏算法分析；
(3) 根据对应音/视频数据文件封装格式和压縮编码标准格式进行冗余删除或标准
填充；
(4) 通过控制参数对音/视频数据的主体部分进行可分级加扰处理；
(5) 按照音视频资源原有的多媒体文件格式，对经过加扰处理的音/视频数据进行 音视频复用合成，重新封装成音视频资源文件。
上述的数字音视频信息隐藏过滤方法，歩骤(4)中若对视频数据流进行弱加扰处理， 可以采用如下的方法首先对视频数据进行部分解码，获取其中的包括DCT系数、整数 变换系数、运动矢量信息在内的图像内容数据；其后进行DCT系数加扰处理和/或运动矢 量加扰处理；歩骤(4)中若对音频数据流进行弱加扰处理，可采用如下的方法首先对 音频数据进行部分解码，获取其中的音频内容编码数据；其后对音频数据进行轻微调制 加扰；
本发明的的数字音视频信息隐藏过滤方法，歩骤(4)中若对视频或音频数据流进行 强加扰处理，可采用如下的方法首先对视频或音频数据进行完全解码，重建相应的图 像序列或音频数据；其后对图像和音频进行相应的加扰处理；最后通过进行标准音频或视 频编码形成对应压縮数据流；其中的的加扰处理可以包括图像或音频数据的轻微加噪处 理及图像轻微形变处理。
本发明主要为了保护公有数字音视频资源不被其他人用做信息隐藏技术的载体，阻 止信息隐藏技术的无限制、无监管的被使用，从而实现对各种针对数字音视频资源公有 性的有效保护。本发明的音视频信息隐藏过滤方法其明显特点包括
(1) 不可感知性隐藏过滤方法是以保障音视频资源正常播放，不明显降低重建音 视频播放质量为前提保证，通过删除音视频资源中的冗余空间信息，或引入不可感知的 干扰信息，来删除或破坏音视频资源中的隐蔽信道，从而达到阻断基于信息隐藏技术的 隐蔽通信的目的。
(2) 可分级性隐藏过滤方法可以根据具体应用要求，预先设置过滤强度，针对不 同的信息隐藏技术采取不同的攻击手段，对其隐藏信息实施过滤。其中，针对冗余空间 的隐藏信息实施删除性攻击；针对音视频数据的主体部分，可以实施强弱两种不同模式 的干扰，强加扰将实施对音视频数据进行标准解码，并在时间域和空间域对音视频重建 数据进行加扰处理，再实施二次压縮编码可分级攻击，而弱干扰则是在音视频压縮数据 流中加入干扰信号，在不影响其正常解码的条件下实现信息隐藏干扰。
(3)新颖性该方法将隐藏分析技术和隐藏干扰技术相结合，在隐藏分析的基础 上，对数字音视频资源数据实施不同的隐藏干扰攻击，其中，针对现有的隐藏算法进行 针对性攻击，彻底破坏其隐蔽信道，而对其他疑似被用于信息隐藏载体的数据则是式通 用干扰性攻击，'防止其被非法利用。
图1是本发明的整个音/视频隐藏过滤方法的流程图； 图2是本发明的音/视频数据流隐藏分析方法的流程图； 图3是本发明的视频数据流弱加扰方法的流程图； 图4是本发明的音频数据弱加扰方法的流程图； 图5是本发明的音/视频数据强加扰方法的流程图。
具体实施例方式
首先对本发明的技术方案做一下说明
本发明的音视频信息隐藏过滤过程主要由音视频数据解复用模块、音视频信息隐藏 分析模块、音视频格式冗余处理模块、音视频信息隐藏加扰模块、音视频数据复用封装 模块等几部分构成。
音视频数据解复用模块将按照音视频资源的对应文件格式进行音视频解复用，从而 形成单一的视频数据流和音频数据流，为随后的针对性隐藏分析提供必要的条件。
音/视频信息隐藏分析模块将对视频数据流和音频数据流分别进行信息隐藏分析，其 中包括音/视频文件格式冗余分析模块、音/视频标准格式冗余分析模块、现有音/视频隐 藏算法分析模块等构成，主要是实现对数字音视频资源数据进行快速隐藏分析，判别其 是否隐藏有特定信息，为随后的加扰算法的顺利实施提供必要的检测信息。
音/视频信息格式冗余处理模块将根据对应音/视频数据文件封装格式和压縮编码标 准格式进行冗余删除或标准填充，其中，对于符合文件封装格式和压縮编码标准格式中
必须存在的冗余空间进行标准填充，即完全填入一个特定数据，如全'o'或'r ;对 于符合文件封装格式和压縮编码标准格式中非必须存在的冗余空间进行删除操作，如音 视频文件结尾标记之后的数据或音视频文件结尾不能标准解码的数据均进行删除。
音/视频信息加扰模块均由弱加扰模块和强加扰模块两个可选模块构成，通过控制参 数可以进行配置选择不同的加扰过程。其中，音/视频弱加扰模块是通过对音/视频数据 进行部分调整，在数据流中加入干扰数据，但基本不改变数据编码长度，或微弱调整编 码长度但不改变各类同步标记，干扰破坏嵌入在音/视频数据流中的隐藏信息，使其无法 正常提取和解码。音/视频强加扰模块则是对音/视频进行标准解码，获得音/视频解码重 建数据，然后针对重建音频时间片/重建图像序列进行各种干扰处理，最后进行二次压縮 标准编码，重新构造音/视频数据流。
音视频数据复用封装模块将按照音视频资源原有的多媒体文件格式，对经过加扰处 理的音/视频数据进行音视频复用合成，重新封装成音视频资源文件，并保证该文件能够 被通用多媒体播放器进行正常播放。
下面再结合附图和实施例，对本发明做进一歩描述。
图1描述了整个音视频隐藏过滤过程，在歩骤A，音视频资源文件将被解复用，分解 形成单独的音频流和视频数据流，为随后的针对性隐藏分析提供必要的条件。在歩骤B， 音频数据流和视频数据流分别进入对应的隐藏分析模块，实现对现有隐藏算法和隐藏工 具的针对性分析。在歩骤C，音/视频数据分别进入对应的音/视频格式冗余处理模块，消 除其间各种文件格式中的冗余数据和各种标准格式中的冗余数据。随后，音/视频数据将
在步骤D中经过对应加扰模块，通过引入干扰信号破坏其中的隐藏信息，完成对音视频 资源数据中隐蔽信道的干扰攻击。最后，音/视频数据流经过复用和封装模块，形成完整 的音视频资源文件，结束整个隐藏过滤过程。
图2描述音/视频数据流隐藏分析过程。隐藏分析模块包括音/视频文件格式隐藏
分析模块A1、音/视频标准格式隐藏分析模块A2、音/视频隐藏算法特征分析模块A3、音 /视频隐藏算法通用分析模块A4等几部分构成。其中，音/视频文件格式隐藏分析模块Al， 主要根据各种标准音视频资源文件格式(例如)语法要求对音视频资源文件进行比对分 析，检测其中的内容和长度是否符合格式要求，是否存在冗余空间，并检测冗余空间长 度，记录其填充内容。音/视频标准格式隐藏分析模块A2则主要根据各种标准音视频压 縮编码标准(例如)的格式语法要求对音/视频数据流进行比对分析，检测其中各语法单 元的内容和长度是否符合格式要求，是否存在冗余空间，并检测冗余空间长度，记录其 填充内容。音/视频隐藏算法特征分析模块A3针对已有的隐藏算法工具和软件，通过分 析其嵌入数据的结构特征和标示特征码，进行比对分析，确定音视频资源中是否采用这 些工具和软件进行隐藏。音/视频隐藏算法通用分析模块A4则是采用通用的隐藏分析算 法检测音视频数据中的隐藏信息的疑似度，为其后的干扰模块提供依据。
图3描述视频数据流弱加扰过程。该模块首先通过视频数据分析器Bl实现视频数据 的部分解码，获取其中的图像内容数据，包括DCT系数、整数变换系数、运动矢量等信 息；其后，DCT系数/整数变换系数加扰模块B2采用等长码字调制技术，等长码字调制技 术是在DCT系数/整数变换系数进行变字长编码后的码字上进行调制，比较分析当前码字 是否具有一个在当前变字长编码码表中符合下述条件的对应码字。
条件l:具有相同的变字长编码长度；
条件2:具有相同的游程长度；
条件3:两者所表示的幅度数值相差l。
如果满足上述条件，则进行替换调制，完成加扰信息的插入。运动矢量加扰模块B3
则是对视频数据中的运动矢量进行轻微调制扰动，选取超过一定预制的门限数值的运动 矢量进行半像素土l调制，实现该类信号加扰。图4描述音频数据流弱加扰过程。该模块首先通过音频数据分析器C1实现音频数据 的部分解码，获取其中的音频内容编码数据；其后在音频编码系数加扰模块C2中对音频 数据进行轻微调制加扰，加扰后不改变其音频数据包的整体编码长度，解码质量不会产 生较大的噪声影响。
图5描述音/视频数据强加扰过程。音视频数据经过音视频解码模块D1，实现内部数 据的完全解码，重建相应的图像序列和音频数据;其后的图像/音频数据处理模块D2则分 别对图像和音频进行针对性加扰处理，如图像/音频进行轻微加噪，图像轻微形变等等； 最后通过二次编码模块D3重新进行标准音视频编码形成对应压縮数据流。
权利要求
1. 一种数字音视频信息隐藏过滤方法，包括下来步骤(1)按照音视频资源的对应文件格式进行音视频解复用，形成单一的视频数据流和音频数据流；(2)对音频数据流和视频数据流分别进行音/视频文件格式冗余分析、音/视频标准格式冗余分析和现有音/视频隐藏算法分析；(3)根据对应音/视频数据文件封装格式和压缩编码标准格式进行冗余删除或标准填充；(4)通过控制参数对音/视频数据的主体部分进行可分级加扰处理；(5)按照音视频资源原有的多媒体文件格式，对经过加扰处理的音/视频数据进行音视频复用合成，重新封装成音视频资源文件。
2. 根据权利要求1所述的数字音视频信息隐藏过滤方法，其特征在于，步骤(4)中若 对视频数据流进行弱加扰处理，采用如下的方法首先对视频数据进行部分解码，获 取其中的包括DCT系数、整数变换系数、运动矢量信息在内的图像内容数据；其后进 行DCT系数加扰处理和/或运动矢量加扰处理。
3. 根据权利要求1所述的数字音视频信息隐藏过滤方法，其特征在于，步骤(4)中若 对音频数据流进行弱加扰处理，采用如下的方法首先对音频数据进行部分解码，获 取其中的音频内容编码数据；其后对音频数据进行轻微调制加扰。
4. 根据权利要求1所述的数字音视频信息隐藏过滤方法，其特征在于，步骤(4)中若 对视频或音频数据流进行强加扰处理，采用如下的方法首先对视频或音频数据进行 完全解码，重建相应的图像序列或音频数据;其后对图像和音频进行相应的加扰处理； 最后通过进行标准音频或视频编码形成对应压縮数据流。
5. 根据权利要求4所述的数字音视频信息隐藏过滤方法，其特征在于，其中的加扰处理 包括图像或音频数据的轻微加噪处理及图像轻微形变处理。
全文摘要
本发明涉及一种面向数字视频资源的信息安全技术领域，涉及一种数字音视频信息隐藏过滤方法，包括以下步骤(1)按照音视频资源的对应文件格式进行音视频解复用，形成单一的视频数据流和音频数据流；(2)分别进行音/视频文件格式冗余分析、音/视频标准格式冗余分析和现有音/视频隐藏算法分析；(3)分别进行冗余删除或标准填充；(4)进行可分级加扰处理；(5)对经过加扰处理的音/视频数据进行音视频复用合成，重新封装成音视频资源文件。本发明能够对现有隐藏算法的有效分析鉴别，并对其薄弱环节设计针对性干扰算法，在不影响载体信息有效传输和正常播放的前提下，实现对隐藏信息有效干扰，阻断音视频信息隐藏所构成的隐蔽通信信道。
文档编号H04N7/24GK101383943SQ200810152339
公开日2009年3月11日 申请日期2008年10月15日 优先权日2008年10月15日
发明者宋星光, 张春田, 苏育挺 申请人:天津大学