40、视频可逆数据隐藏技术：基于移位模式图的研究

视频可逆数据隐藏技术：基于移位模式图的研究

1. 引言

数据隐藏是将秘密信息嵌入到载体媒体中的技术。在大多数情况下，数据嵌入后媒体会遭受不可逆的失真，即数据提取后变形的媒体无法恢复到原始状态。然而，在某些情况下，这种不可逆失真是不可接受的，因此需要能够在信息提取后完全恢复载体媒体的可逆数据隐藏（RDH）技术。

1997年，首个RDH算法被提出用于图像认证。此后，许多RDH技术不断涌现，应用于认证、医学图像处理和可信云计算等领域。与图像相比，数字视频具有诸多优势，更适合用于数据隐藏，视频版权保护也因此值得深入研究。

在众多RDH方法中，差分扩展（DE）和直方图修改（HM）是向数字视频中进行可逆数据隐藏的有效方式。但在大多数情况下，算法的可逆性需通过数据提取实验才能确定，这导致可逆数据隐藏算法的设计缺乏理论指导。为解决这一问题，研究人员提出了一种名为移位模式图的方法。借助该方法，不仅可以从理论上判断算法的可逆性，还能高精度地估算算法的嵌入容量。

2. 移位模式图

2.1 二维直方图修改（2DHM）

2DHM算法利用二维直方图修改实现RDH，充分挖掘了两个量化离散余弦变换（QDCT）系数之间的关系，相较于传统HM算法，显著提高了嵌入容量。具体操作步骤如下：
1. 随机选择4×4亮度块用于数据嵌入。
2. 从每个4×4块中随机选取两个交替系数，组成嵌入对。在数据嵌入前，嵌入对的值可划分为19个不重叠的集合。
3. 根据所选嵌入对所属的集合，通过修改嵌入对的值将数据嵌入系数中，每个集合都有对应的嵌入算法。

2.2 基于运动向量的直方图修改（MVHM）