基于差值分析的視頻隱寫(xiě)分析

學(xué)術(shù)研究Academic Research基于差值分析的視頻隱寫(xiě)分析.周挺，郭捷(上海交通大學(xué)信息安全工程學(xué)院通信系統信息控制技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗室，上海200240)[摘要]隱寫(xiě)分析主要是針對圖像、視頻、聲音等多媒體數據，在對隱寫(xiě)算法和隱藏信息一無(wú)所知的情況下，僅僅通過(guò)分析多媒體數據，檢測其是否含有隱藏信息。提出一種對視頻基幀信息進(jìn)行差值分析的方法，來(lái)檢測視頻中是否攜帶隱藏信息,并利用MPEG視頻文件的編解碼源代碼庫ffmpeg,對實(shí)際視頻進(jìn)行了大量的分析實(shí)驗，實(shí)驗結果表明，對于不同的視頻對象和水印嵌人率，該算法都可有效檢測到隱藏信息。[關(guān)鍵詞]隱寫(xiě)分析，MPEG格式;視頻，fmpeg[中圖分類(lèi)號] TP3-05[文獻標識碼]A[文章編號] 1009- 8054(2010) 05- 0072- 03Steganalysis Based on MPEG VideoZHOU Ting，GUO Jie(School of Information Security Engineering，Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200240, China)[Abstract] Steganalysis is mainly directed against images, video, sound and other multimedia data. Simple analysis on themultimedia data could deteet if it contains hidden information without any knowledge of steganographic algorithm and hiddeninformation. A basic frame difference steganalysis method is proposed to detect the hidden informnation in mutimedia data. A greatamount of video steganalysis based on MPEG formnat video files codec library fmpeg is implemented. Experiment results show that thismethod is a success under different multimedia data and different embedding rates.[Keywords| steganalysis, MPEG; video; fmpeg難找到對大多數隱寫(xiě)方案都穩定有效的分類(lèi)特征，目前廣義隱0引言寫(xiě)分析的檢測率普遍較低。對視頻的狹義隱寫(xiě)分析目前主要近年來(lái)，隱寫(xiě)分析技術(shù)川1得到了國內外科研機構越來(lái)越有LSB隱寫(xiě)分析凹和預測殘差分析兩種方法。雖然LSB隱寫(xiě)廣泛的關(guān)注，日漸成為-一個(gè)活躍的研究鄰域。自從Johnson etal可以在隱 裁大量信息的情況下依然保持良好的視覺(jué)隱蔽性，但在1998年發(fā)表了關(guān)于隱寫(xiě)分析的第-篇文獻，文中分析了一是使 用有效的分析工具就可以判斷- -幀圖像中是否 含有隱藏信些常見(jiàn)隱寫(xiě)軟件對一幀圖像質(zhì)量的影響，以及被隱寫(xiě)分析者檢息， 預測殘差分析是對視頻中P幀或B幀中的預測殘差矩陣測出隱藏信息的可能性。隨后，國內外的科研工作者紛紛提出進(jìn)行統計分析的隱寫(xiě)分析方法，主要是針對將隱寫(xiě)信息嵌入在了各自不同的隱寫(xiě)分析算法。DCT矩陣中的隱寫(xiě)術(shù)，由于量化是分塊進(jìn)行的，在DCT矩陣現有的研究主要是針對具體的隱寫(xiě)算法提出特定的檢測中嵌入信息后，不同塊之間就會(huì )有一定的不連續性，可通過(guò)相方法，即狹義隱寫(xiě)分析。這類(lèi)算法的檢測率較高，由于狹義隱應的特征函數檢測視頻是否含有隱藏信息。寫(xiě)分析是針對特定的隱寫(xiě)術(shù)進(jìn)行分析，可以有針對性地對一種文中提出一-種新的算法:基于差值分析的視頻隱寫(xiě)分析算信息隱藏方法提出相應的隱寫(xiě)分析算法，使得狹義隱寫(xiě)分析的法。首先，對視頻文件I幀進(jìn)行中值濾波后，對濾波前后1幀準確性較高。廣義隱寫(xiě)分析"，就是利用模式識別的概念，對數據的變化進(jìn)行統計，根據統計結果判斷視頻文件中是否含有嵌入信息的視頻文件和未嵌入信息的視頻文件，進(jìn)行分類(lèi)特征隱藏信息。 文中還通過(guò)實(shí)驗觀(guān)察不同嵌入強度和不同嵌入率對提取，通過(guò)建立和訓練分類(lèi)器，實(shí)現隱藏信息的檢測。由于很差 值分析結果的影響.當嵌入強度大于8或嵌入率大于25%時(shí)，差值分析方法能有效地檢測出帶有隱藏信息的文件。收稿日期: 2009 -11-12作者簡(jiǎn)介:周挺，1985年生， 男，碩士，上海交通大學(xué)信息安中國煤化工全工程學(xué)院信息系統信息控制技術(shù)國家級重點(diǎn)實(shí)驗室，研究方1.1 MP向:圍像隱寫(xiě)分析算法研究;郭捷. 1980年生， 女.副研究頁(yè)，HCNMH G上海交通大學(xué)信息安全工程學(xué)院信息系統信息控制技術(shù)國家級MPEU恍狽通常由多個(gè)連續時(shí)wurGroup of Pictures) 序列重點(diǎn)實(shí)驗室，研究方向:圍像隱寫(xiě)分析算法研究。組成，每個(gè)GOP包括多個(gè)幀,幀的幀類(lèi)通常包括1-幀.P-幀和B-“方芳數據“學(xué)術(shù)研究Academic Research幀。其中1-幀采用幀內編碼，P- 幀采用前向估計，B- 幀采用雙個(gè)點(diǎn)， 共9個(gè)點(diǎn)，為3x3的一個(gè)小矩陣，對選中的9個(gè)點(diǎn)按向估計。GOP幀序列的第一幀為1-幀，其他幀為P-幀和B-幀。大小進(jìn)行排序: 用第5位的那個(gè)點(diǎn)替換當前被處理的點(diǎn)。當整1-幀是比較特殊的一個(gè)幀,解碼時(shí)僅用1-幀的數據就可重個(gè) G,矩陣都處理完時(shí)，我們就得到了濾波后的矩陣G2。構完整圖像，不需要參考其他畫(huà)面。p-幀采用運動(dòng)補償的方法傳送它與前面的I-幀或P-幀的3實(shí)驗結果及分析差值及運動(dòng)矢量(預測誤差),解碼時(shí)必須將I-幀中的預測值在試驗中，我們利用MPEG格式視頻文件的編解碼庫finpeg與預測誤差求和后才能電構完整的P-幀圖像。軟件作為實(shí)驗平臺，利用標準測試序列Foreman作為測試序列，B-幀是由前面的I-幀或P-幀和后面的P-幀來(lái)進(jìn)行預測的。如圖 1所示。fimpeg 是-一個(gè)開(kāi)源免費的項目，提供錄制、轉換及下面是-一個(gè)典型的幀序列: IB.B.PB.BPBB.P.B.B.LjB流化音 視頻的完整解決方案，它包含了非常先進(jìn)的視頻/音頻編其中IB,B,P.B.BPB.P.JB.,B,為一個(gè)GOPO.解碼庫libavcodee,為了保證質(zhì)量和性能，libavcodec 里codec通常我們可以將隱藏數據加載在I幀的數據中.的程序結構都是完全重新設計的。1.2 MPEG枧頻隱寫(xiě)方法50 00= -原始曲線(xiàn)45 00在視頻信息隱寫(xiě)中，隱寫(xiě)系統可用一個(gè)四元組(w，E, D,Ke)來(lái)表示用。假設(m, n) 表示水印信息嵌入位置，Y(m, 川卓3000-代表原始載體視頻信號,Y(m,川)代表加人秘密信息的視頻信號，而w(m,n)為需要傳遞的秘密信息，-般由發(fā)送人的密鑰Key產(chǎn)生，則隱藏信息嵌入算法E: (Y, w, Key)→Y為發(fā)送方秘密信息的嵌人映射，常見(jiàn)形式為:1520專(zhuān)值大Y'(m, n)=Y(m， n)+a,(m, n)xw(n, 川)圍1 -幀差值分析方法(Forman.mpog)式中，a(m,川) 代表水印信息的嵌入強度因子，k為視頻幀索3.1 嵌入隱藏信息引值，-般a,(m, m) 是由人類(lèi)視覺(jué)系統(HVS)根據人眼的不為了能有效地控制嵌入強度與嵌人率，文中使用了自己特可覺(jué)察性自適應決定。隱藏信息嵌人既可以在空域進(jìn)行，也有的隱寫(xiě)術(shù)算法， 如下所述: .可以在頻域嵌人。①選取YUV格式的實(shí)驗樣本文件，使用添加了隱寫(xiě)術(shù)算隱藏信息檢測算法D:(r,Ke)→w為接收方的提取映法的fmpeg程序將YUV文件編碼為mpeg文件(文中假設的射，使用密鑰Key提取出秘密信息w。對于隱寫(xiě)分析人員來(lái)說(shuō)，需 要進(jìn)行隱寫(xiě)分析的場(chǎng)景為互聯(lián)網(wǎng)，而使用壓縮編碼的mpeg分析者僅能夠得到載密視頻Y,并根據Y來(lái)判斷視頻中是否格式文件在 互聯(lián)網(wǎng)中得到了廣泛的應用), .隱藏秘密信息w.②將一幀畫(huà)面劃分為2x2的矩陣，每個(gè)2x2的矩陣用于存放1 bit的隱藏信息，2基于差值分析的視頻隱寫(xiě)分析方法.③根據嵌人率的大小，取出相應比率的矩陣;幀中組成矩陣的相鄰值之間大小應該是十分接近的。這是④根據嵌入強度的大小,將1 bit的隱藏信息嵌人到矩陣中。由于畫(huà)面變化上的平滑性，同一幅畫(huà)面中大部分像素點(diǎn)與其周當嵌入的信息為1時(shí)， 將矩陣的a00和a1l加上嵌入強度，a01圍的像素點(diǎn)不應該有太大的差別。當我們向視頻文件中添加隱和 a10減去嵌人強度:當嵌人的信息為0時(shí)，將矩陣的a00和藏信息后，圖像中像素之間平滑變化的特性就遭到了破壞。具all 減去嵌入強度，a01 和al0加上嵌入強度;體步驟如下:⑤生成mpeg文件供隱寫(xiě)分析。①對1-幀DCT矩陣做DCT反變換后得到完整的YUV 3.2 隱寫(xiě)分析結果矩陣G,向一段MPEG視頻的I.幀忝加隱藏數據后，我們將擁有未②對該矩陣做中值濾波后得到-個(gè)新的YUV矩陣G2添加隱藏數據的原始文件和添加了隱藏數據的載體文件。使用③0G= IG,-G]之前提到的隱寫(xiě)分析方法對這兩個(gè)文件進(jìn)行處理。圖1為[幀④統計△G中不同差值出現的情況:差值分析方法對沒(méi)有嵌人隱藏信息和嵌人隱藏信息后Foreman.⑤得出統計結果。mpega Foreman.mpeg的嵌入1幀差值分析方法中提到的中值濾波算法，輸人為YUV強度為中國煤化工數據我們可以看到在正矩陣G，輸出為新的YUV矩陣G,該函數對矩陣G中的每常情況YHc N M H G布.但添加隱藏數據后，-個(gè)點(diǎn)執行如下修改:選取當前修改的點(diǎn)及被修改點(diǎn)周?chē)?擴大了原來(lái)相鄰像 素之間大小的差距，進(jìn)而導致IG, - G|的分信息安全與通信保密.2010.5 73學(xué)術(shù)研究Academic Research布在橫坐標上進(jìn)行擴散。從圖1可以看出，視頻沒(méi)有嵌入隱藏由圖2和圖3可以看出，當概率密度函數結果大于1時(shí)，信息和嵌入隱藏信息后，兩者的直方圖分布不同。分別求出兩枧頻文件極 有可能帶有隱藏信息。.個(gè)直方圖的均值y和方差o,然后根據慨率密度函數計算:4結語(yǔ)P=J2xo exp|2zo文中提出在空城上通過(guò)中值濾波對MPEG視頻文件進(jìn)行對圖1中的數據進(jìn)行計算后得到?jīng)]有嵌入隱藏信息時(shí)P為隱寫(xiě)分析的方法。 在空域上，在同一幀畫(huà)面中，相鄰的像素0.381 157,嵌入隱藏信息后P為14.931 12,兩者相差了30多倍。點(diǎn)亮度 Y的變化應該是平滑的(),如果像素值的平滑性被改為進(jìn)-步分析嵌人率和嵌入強度對檢測結果的影響，我們對不同變了， 我們可以認為其藏有隱藏數據。嵌人強度和不同嵌人率時(shí)的視頻文件進(jìn)行檢測,結果見(jiàn)圖2和圖3。當像素值的平滑性被改變時(shí)，直接影響了中值濾波的結- Foreman 1果，使我們的概率密度函數結果成指數型增長(cháng)。..... news參考文獻[1] Avcibas I, Memon N, Sankur B. 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(遇最人強度圜3嵌入宰為50%時(shí)嵌入強度對結果的影響第二十屆全國信息保密學(xué)術(shù)會(huì )議(IS2010)征文通知第二十屆全國信息保密學(xué)術(shù)會(huì )議定于2010年10月在廣東省深圳市召B開(kāi)。此次學(xué)術(shù)年會(huì )由國家保密局指導,中國計算機學(xué)會(huì )信息保密專(zhuān)業(yè)委員會(huì )、國家保密科學(xué)技術(shù)研究所主辦,廣東省國家保密局承辦.歡迎同行專(zhuān)家.學(xué)者.科研工作者和信息保密管理工作者積板投稿?，F將征文有關(guān)事宜通知如下:1.征文內容(1)信息安全保密的國際最新發(fā)展動(dòng)態(tài)(2)等級保護和分繳保護技術(shù)與管理(3)網(wǎng)絡(luò )與信息系統安全保密防護技術(shù)(4) 網(wǎng)絡(luò )攻防技術(shù)(5)信息安全保密檢查、監控與取證技術(shù)(6)信息系統測評技術(shù)(7)信息安全保密學(xué)科建設2.征文要求(1) 論文應主題明確.論據充分、聯(lián)系實(shí)際，反映最新研究成果，字數一般不超過(guò)5000字。已發(fā)表的論文晴勿投稿。(2)文貴自負，保密審查由作者所在單位負責。應征論文不論錄用與否，恕不退稿，請作者自留底稿。(3) 2010年8月1日前將論文全文按統- -要求格式打印兩份、光盤(pán)-張(Word格式)及填寫(xiě)的投稿表以桂號方式寄往收稿地址。(4)論文錄取后將于2010年9月10日前通知作者參加會(huì )議的具體事項。3.收稿地址中國煤化工北京市海淀區交大東路甲5610044姜放 同志收電話(huà)/ 傳真: 010-YHC N M H G保密專(zhuān)業(yè)委員會(huì )2010年2月20日74 www cismag.com.cn