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(tǒng)信息控制技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海200240)[摘要]隱寫(xiě)分析主要是針對(duì)圖像、視頻、聲音等多媒體數(shù)據(jù)，在對(duì)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(shù)據(jù)，檢測(cè)其是否含有隱藏信息。提出一種對(duì)視頻基幀信息進(jìn)行差值分析的方法，來(lái)檢測(cè)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(kù)ffmpeg,對(duì)實(shí)際視頻進(jìn)行了大量的分析實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于不同的視頻對(duì)象和水印嵌人率，該算法都可有效檢測(cè)到隱藏信息。[關(guān)鍵詞]隱寫(xiě)分析，MPEG格式;視頻，fmpeg[中圖分類號(hào)] TP3-05[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A[文章編號(hào)] 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(duì)大多數(shù)隱寫(xiě)方案都穩(wěn)定有效的分類特征，目前廣義隱0引言寫(xiě)分析的檢測(cè)率普遍較低。對(duì)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(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)越來(lái)越有LSB隱寫(xiě)分析凹和預(yù)測(cè)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(xiàn)，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(duì)一幀圖像質(zhì)量的影響，以及被隱寫(xiě)分析者檢息， 預(yù)測(cè)殘差分析是對(duì)視頻中P幀或B幀中的預(yù)測(cè)殘差矩陣測(cè)出隱藏信息的可能性。隨后，國(guó)內(nèi)外的科研工作者紛紛提出進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析的隱寫(xiě)分析方法，主要是針對(duì)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(xiàn)有的研究主要是針對(duì)具體的隱寫(xiě)算法提出特定的檢測(cè)中嵌入信息后，不同塊之間就會(huì)有一定的不連續(xù)性，可通過(guò)相方法，即狹義隱寫(xiě)分析。這類算法的檢測(cè)率較高，由于狹義隱應(yīng)的特征函數(shù)檢測(cè)視頻是否含有隱藏信息。寫(xiě)分析是針對(duì)特定的隱寫(xiě)術(shù)進(jìn)行分析，可以有針對(duì)性地對(duì)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(yīng)的隱寫(xiě)分析算法，使得狹義隱寫(xiě)分析的法。首先，對(duì)視頻文件I幀進(jìn)行中值濾波后，對(duì)濾波前后1幀準(zhǔn)確性較高。廣義隱寫(xiě)分析"，就是利用模式識(shí)別的概念，對(duì)數(shù)據(jù)的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)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)行分類特征隱藏信息。 文中還通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察不同嵌入強(qiáng)度和不同嵌入率對(duì)提取，通過(guò)建立和訓(xùn)練分類器，實(shí)現(xiàn)隱藏信息的檢測(cè)。由于很差 值分析結(jié)果的影響.當(dāng)嵌入強(qiáng)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(cè)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(guó)煤化工全工程學(xué)院信息系統(tǒng)信息控制技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(tǒng)信息控制技術(shù)國(guó)家級(jí)MPEU恍狽通常由多個(gè)連續(xù)時(shí)wurGroup of Pictures) 序列重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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,幀的幀類通常包括1-幀.P-幀和B-“方芳數(shù)據(jù)“學(xué)術(shù)研究Academic Research幀。其中1-幀采用幀內(nèi)編碼，P- 幀采用前向估計(jì)，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(duì)選中的9個(gè)點(diǎn)按向估計(jì)。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(dāng)前被處理的點(diǎn)。當(dāng)整1-幀是比較特殊的一個(gè)幀,解碼時(shí)僅用1-幀的數(shù)據(jù)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(gòu)完整圖像，不需要參考其他畫(huà)面。p-幀采用運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)姆椒▊魉退c前面的I-幀或P-幀的3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析差值及運(yùn)動(dòng)矢量(預(yù)測(cè)誤差),解碼時(shí)必須將I-幀中的預(yù)測(cè)值在試驗(yàn)中，我們利用MPEG格式視頻文件的編解碼庫(kù)finpeg與預(yù)測(cè)誤差求和后才能電構(gòu)完整的P-幀圖像。軟件作為實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，利用標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試序列Foreman作為測(cè)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(yù)測(cè)的。如圖 1所示。fimpeg 是-一個(gè)開(kāi)源免費(fèi)的項(xiàng)目，提供錄制、轉(zhuǎn)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(kù)libavcodee,為了保證質(zhì)量和性能，libavcodec 里codec通常我們可以將隱藏?cái)?shù)據(jù)加載在I幀的數(shù)據(jù)中.的程序結(jié)構(gòu)都是完全重新設(shè)計(jì)的。1.2 MPEG枧頻隱寫(xiě)方法50 00= -原始曲線45 00在視頻信息隱寫(xiě)中，隱寫(xiě)系統(tǒng)可用一個(gè)四元組(w，E, D,Ke)來(lái)表示用。假設(shè)(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(hào),Y(m,川)代表加人秘密信息的視頻信號(hào)，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(qiáng)度因子，k為視頻幀索3.1 嵌入隱藏信息引值，-般a,(m, m) 是由人類視覺(jué)系統(tǒng)(HVS)根據(jù)人眼的不為了能有效地控制嵌入強(qiáng)度與嵌人率，文中使用了自己特可覺(jué)察性自適應(yīng)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(yàn)樣本文件，使用添加了隱寫(xiě)術(shù)算隱藏信息檢測(cè)算法D:(r,Ke)→w為接收方的提取映法的fmpeg程序?qū)UV文件編碼為mpeg文件(文中假設(shè)的射，使用密鑰Key提取出秘密信息w。對(duì)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(jù)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(yīng)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(jù)嵌人率的大小，取出相應(yīng)比率的矩陣;幀中組成矩陣的相鄰值之間大小應(yīng)該是十分接近的。這是④根據(jù)嵌入強(qiáng)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(dāng)嵌入的信息為1時(shí)， 將矩陣的a00和a1l加上嵌入強(qiáng)度，a01圍的像素點(diǎn)不應(yīng)該有太大的差別。當(dāng)我們向視頻文件中添加隱和 a10減去嵌人強(qiáng)度:當(dāng)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(qiáng)度，a01 和al0加上嵌入強(qiáng)度;體步驟如下:⑤生成mpeg文件供隱寫(xiě)分析。①對(duì)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(jié)果矩陣G,向一段MPEG視頻的I.幀忝加隱藏?cái)?shù)據(jù)后，我們將擁有未②對(duì)該矩陣做中值濾波后得到-個(gè)新的YUV矩陣G2添加隱藏?cái)?shù)據(jù)的原始文件和添加了隱藏?cái)?shù)據(jù)的載體文件。使用③0G= IG,-G]之前提到的隱寫(xiě)分析方法對(duì)這兩個(gè)文件進(jìn)行處理。圖1為[幀④統(tǒng)計(jì)△G中不同差值出現(xiàn)的情況:差值分析方法對(duì)沒(méi)有嵌人隱藏信息和嵌人隱藏信息后Foreman.⑤得出統(tǒng)計(jì)結(jié)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(qiáng)度為中國(guó)煤化工數(shù)據(jù)我們可以看到在正矩陣G，輸出為新的YUV矩陣G,該函數(shù)對(duì)矩陣G中的每常情況YHc N M H G布.但添加隱藏?cái)?shù)據(jù)后，-個(gè)點(diǎn)執(zhí)行如下修改:選取當(dāng)前修改的點(diǎn)及被修改點(diǎn)周?chē)?擴(kuò)大了原來(lái)相鄰像 素之間大小的差距，進(jìn)而導(dǎo)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(biāo)上進(jìn)行擴(kuò)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(dāng)概率密度函數(shù)結(jié)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(jù)慨率密度函數(shù)計(jì)算:4結(jié)語(yǔ)P=J2xo exp|2zo文中提出在空城上通過(guò)中值濾波對(duì)MPEG視頻文件進(jìn)行對(duì)圖1中的數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)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(yīng)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(qiáng)度對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，我們對(duì)不同變了， 我們可以認(rèn)為其藏有隱藏?cái)?shù)據(jù)。嵌人強(qiáng)度和不同嵌人率時(shí)的視頻文件進(jìn)行檢測(cè),結(jié)果見(jiàn)圖2和圖3。當(dāng)像素值的平滑性被改變時(shí)，直接影響了中值濾波的結(jié)- Foreman 1果，使我們的概率密度函數(shù)結(jié)果成指數(shù)型增長(zhǎng)。..... news參考文獻(xiàn)[1] Avcibas I, Memon N, Sankur B. 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(遇最人強(qiáng)度圜3嵌入宰為50%時(shí)嵌入強(qiáng)度對(duì)結(jié)果的影響第二十屆全國(guó)信息保密學(xué)術(shù)會(huì)議(IS2010)征文通知第二十屆全國(guó)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(guó)家保密局指導(dǎo),中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)信息保密專業(yè)委員會(huì)、國(guó)家保密科學(xué)技術(shù)研究所主辦,廣東省國(guó)家保密局承辦.歡迎同行專家.學(xué)者.科研工作者和信息保密管理工作者積板投稿?，F(xiàn)將征文有關(guān)事宜通知如下:1.征文內(nèi)容(1)信息安全保密的國(guó)際最新發(fā)展動(dòng)態(tài)(2)等級(jí)保護(hù)和分繳保護(hù)技術(shù)與管理(3)網(wǎng)絡(luò)與信息系統(tǒng)安全保密防護(hù)技術(shù)(4) 網(wǎng)絡(luò)攻防技術(shù)(5)信息安全保密檢查、監(jiān)控與取證技術(shù)(6)信息系統(tǒng)測(cè)評(píng)技術(shù)(7)信息安全保密學(xué)科建設(shè)2.征文要求(1) 論文應(yīng)主題明確.論據(jù)充分、聯(lián)系實(shí)際，反映最新研究成果，字?jǐn)?shù)一般不超過(guò)5000字。已發(fā)表的論文晴勿投稿。(2)文貴自負(fù)，保密審查由作者所在單位負(fù)責(zé)。應(yīng)征論文不論錄用與否，恕不退稿，請(qǐng)作者自留底稿。(3) 2010年8月1日前將論文全文按統(tǒng)- -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(hào)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(xiàng)。3.收稿地址中國(guó)煤化工北京市海淀區(qū)交大東路甲5610044姜放 同志收電話/ 傳真: 010-YHC N M H G保密專業(yè)委員會(huì)2010年2月20日74 www cismag.com.cn