第一章 介紹
由於資訊的日新月異和網際網路的發展，藉由網路來傳遞資料，使資料傳遞 更為迅速便捷，但是也帶來了安全上的問題，因此資料的安全性和多媒體的版權 保護便成為重要的議題。資訊隱藏(Information Hiding) 或數位浮水印 (Digital Watermark)[1]是在數位多媒體中加入有意義的圖形或文字，用來做為數位多媒體 的版權或完整性的認證，此外，資訊隱藏可以應用於機密資料的傳送，即在多媒 體中嵌入所需傳送的機密訊息，且多媒體在嵌入機密訊息後，其視覺或聽覺上的 品質差異，不容易被人類的視覺或聽覺所察覺。因此，除了傳送者與接收者外，
沒有人知道資訊隱藏的事實，可以達到機密傳送的目的。
數位浮水印因應不同的應用，浮水印的技術會著重在不同的目標：容量 (Capacity)[2] 、 不 可 察 覺 性 (Invisible)[3] 、 強 韌 性 (Robustness)[4] 、 可 逆 性 (Reversible)[5]等。浮水印可依其嵌入方式，分成空間域(Spatial Domain)[6, 7]與 頻率域(Frequency Domain)[8, 9]，空間域的嵌入是直接對空間域的像素值做修改，
來達到嵌入的效果，如最低有效位(Least Significant Bits, LSB) [10]等常見的方法，
但是容易破壞原圖的外觀，且較不能抵抗攻擊，而頻率域數位浮水印是利用特定 的公式如離散餘旋轉換(Discrete Cosine Transform, DCT)，離散小波轉換（Discrete Wavelet Transform, DWT）等，將空間域像素值轉換為頻率域的係數，藉由轉換 後能量集中在低頻的特性，來選擇嵌入的位置，再利用演算法嵌入版權訊息，來 達成資訊的隱藏。
H.264/AVC 視訊格式[11, 12]是由國際電信聯盟標準化組織(ITU-T)的視訊編 碼專家組(VCEG)和國際化標準組織(ISO/IEC)的動態影像專家(MPEG)共同組成 的 聯 合 視 訊 組 (Joint Video Team) 所 開 發 的 最 新 視 訊 編 碼 標 準 ， 被 稱 作 ISO/IEC14496-10 或 MPEG-4/AVC。此格式在 ITU-T 組織中命名為 H.264，在 ISO 組織中則納入 MPEG-4 Part10，但其編解碼技術是相同的，在研究上通常合併稱
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為 H.264/AVC，其目的是希望能達到編碼效率的增加和極佳的視訊品質，此編解 碼技術也被稱為進階視訊編碼 (Advanced Video Coding, AVC)。
在視訊編碼中，主要的冗餘訊息是時間冗餘，其次是空間冗餘，而 H.264 視 訊壓縮[11, 12]的原理即是消除空間與時間的冗餘(Redundancy)，來達到壓縮的目 的，透過畫面內預測(Intra-Prediction)來消除畫面內(Intra frame)的空間冗餘，以 畫面間預測(Inter-Prediction)來消除畫面與畫面間(Inter frame)的時間冗餘，透過 當前區塊與畫面內或畫面間預測所得的預測區塊相減，得到殘差區塊(Residual block)，殘差區塊進行轉換(Transform)與量化(Quantize)，並將轉換與量化後的係 數 進 行 熵 編 碼 (Entropy encode) ， 其 中 熵 編 碼 為 適 應 性 變 動 長 度 編 碼 法 (Context-Based Adaptive Variable Length Coding, CAVLC)或前文參考之適應 性二元算術編碼法(Context-Based Adaptive Binary Arithmetic Coding, CABAC)，
如圖 1.1 所示。
在 4×4 畫面內預測模式的編碼，由於有九種不同的畫面內預測方向，因此至 少需要 4 個位元才能夠正確地編碼所選擇的預測模式。為了減少編碼畫面內預測 模式所需要的位元，由於相鄰區塊的預測模式是有相關的，因此 H.264 提供最可
圖 1.1：H.264 編碼器架構
3 Propagation)的 H.264/AVC 資訊隱藏技術，利用修改量化後 4 ×4 DCT 亮度區塊中 的係數對，使得反 DCT 後之右邊或下面的像素值變化量為 0，每個量化後的 4×4 DCT 亮度區塊取三對係數來藏機密訊息，每組係數對可以用來嵌入一位元的資 訊，係數對的修改並不會影響參考像素，因為畫面內預測使用鄰近已編碼區塊來 預測，若在修改時避免修改到預測方向之參考像素，則可以避免錯誤傳播問題。
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Bouchama 等學者[17]在 2012 年，提出一種對於即時應用的 H.264/AVC 資訊 隱藏技術基於畫面內預測模式，在這個方法中，9 種畫面內預測模式被劃分為四
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性，該方法利用 Logistic Chaotic Map 來選擇欲藏入資訊的區塊，並利用拖尾係 數的奇偶性來藏入隱藏位元，由於人類的視覺系統對於低頻部分較為敏感，而拖 尾係數(Tailing Ones)是屬於高頻的部分，因此視訊品質的下降是難以察覺的。
Li 等學者[26]在 2010 年，提出兩種不同的嵌入方式，分別為在畫面間編碼 中嵌入資訊以及在 CAVLC 中嵌入資訊，可以根據不同的應用環境來選擇不同的 嵌入方式，在畫面間編碼中嵌入資訊，該方式是將區塊的類型對應隱藏位元，例 如：16×16 對應位元 00，根據隱藏位元來強制改變匹配塊(Matching blocks)的大 小來完成隱藏資訊。在 CAVLC 中嵌入資訊，則是修改拖尾係數(Trailing Ones) 的符號位元來隱藏資訊，因為拖尾係數通常為高頻的係數並且都為±1，所以利用 拖尾係數符號位元的資訊隱藏方法，可以限制位元率(Bit-rate)的增加以及保證視 訊品質，也就是說，當需要較高的視訊品質時，資訊主要嵌入於畫面間編碼，而 當需要限制位元率時，則將資訊主要嵌入於 CAVLC 的拖尾係數中，此外，這兩 種嵌入方式可以被結合，來達到更好的視訊品質和位元率。
在本論文中，我們提出基於運動向量與運動向量差之特性的方法，來進行資 訊隱藏及可逆式資訊隱藏。對於資訊隱藏方法，我們依照所要藏入的機密訊息來 修改運動向量至周圍鄰近點，以達到資訊隱藏的目的。此外，我們增加限制條件，
避免修改運動向量為零者，以減低嵌入後對視訊檔案大小的影響。而對於可逆式 資訊隱藏，我們則是依照運動向量差的數值，來決定該運動向量差是要進行位移 或藏入資訊。本文剩餘章節安排如下。第 2 章介紹一些 H.264 相關的資訊隱藏 技術；第 3 章介紹我們所提出的資訊隱藏方法；第 4 章介紹我們所提出的可逆 式資訊隱藏方法；第 5 章提出實驗結果；最後，在第 6 章中提出結論。
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