随着多媒体通信技术和手持智能终端技术的迅速发展,视频由于其良好的可视性,成为多媒体通信的主力军。与图像相比,视频序列蕴含更加丰富的时间和空间信息,直接在网络上传输原始视频信息需要较大带宽。因此需要能去除视频序列信息冗余的视频编解码标准,利用视频序列帧内和帧间的相关性,最大限度地去除冗余并编码,形成在信道上传输的比特流。经过编码后的比特流对差错比较敏感,较小的差错或误差可能会产生解码后的可见视频质量下降。在传输信道中,受传输机制和信道状态的影响,存在丢包和误码,影响视频质量。目前,信道上传输的视频质量主要依赖于码流的鲁棒性以及信道和编码器的差错控制机制,然而这些并不能十分有效解决视频序列中的传输差错。利用信息隐藏的差错掩盖机制在编码端把反映视频帧特征的信息以最小的失真嵌入在视频帧,在解码端,使用提取的信息掩盖传输差错。在差错掩盖算法中,用以差错掩盖的信息越多,差错掩盖后视频质量越好。本文主要研究数字视频信息隐藏及其在视频差错掩盖中的应用,在此基础上深入研究信息隐藏算法中失真的优化以及差错掩盖质量提升问题。本文主要的研究贡献如下:1.提出了基于失真代价分配的自适应视频信息隐藏算法。由于视频序列统计特征以及编/解码标准的复杂性,视频信息隐藏算法的研究较少,而关于视频信息隐藏失真的研究更少。本文结合视频帧内图像的空间频率特性以及帧间相关性对人类视觉系统的影响,研究嵌入失真与纹理特征和帧间相关性之间的关系,其中帧间相关性既包括帧间的运动特性,也包括相邻帧之间的参考关系,本文用运动属性和帧序号表示。通过实验构建基于纹理特征和帧间相关性的失真代价函数,将所构建的失真代价分配函数应用于基于综合网格码(Syndrome-Trellis codes,STC)的嵌入方法,用有较小帧间失真漂移的QDCT(Quantization Discrete Cosine Transform,QDCT)系数组成承载信息的载体,用构建的失真代价函数为每个载体元素分配嵌入过程中修改带来的失真代价,实现最优失真的STC信息嵌入。最后,考虑到编码顺序,前面帧会作为后面帧的参考,为减少差错迭代,根据待嵌数据量的大小,自适应地根据每帧在视频序列编码过程中的参考作用嵌入数据,实现基于失真代价分配的视频信息隐藏算法。2.提出了基于压缩感知和信息隐藏的视频差错掩盖算法。通过分析视频序列帧间相关性和视频编码过程可知,运动残差和运动矢量是帧间相关性的主要体现,同时也是数据压缩的主要依据。其中,运动矢量是表示帧间相对运动轨迹的二维数据,冗余度较低。而运动残差是编码和传输的数据主体,是当前帧/块与参考帧/块像素的差值,由于参考块是选择最佳匹配块作为参考,因此运动残差通常较稀疏,且保持了原始帧内数据的冗余度。结合压缩感知对稀疏信号的压缩特性和重构特性,将运动残差作为稀疏信号,并在压缩后作为帧特征数据嵌入视频序列。同时为抵抗随机传输差错,一方面,将一个图像组(Group of Picture,GOP)内所有帧的运动残差压缩后置乱嵌入;另一方面,为防止传输过程中帧间的丢帧和帧顺序错乱,将帧标记与置乱后的数据一起作为待嵌数据嵌入视频帧,用以在恢复解码后的帧顺序错乱和丢帧差错。在解码端,提取数据并重构运动残差,结合集合论,用重构的运动残差和接收的运动残差定位差错位置并掩盖差错。3.提出了基于3DRDH的帧内差错掩盖算法。精确的差错掩盖技术需要精确而全面的帧信息,因此差错掩盖效果与能用来恢复差错的信息量成正比。但用于恢复差错的信息量太大,会造成嵌入信息后的视频帧质量严重下降。基于此,本文提出具有最小嵌入失真并基于直方图平移的3维可逆信息隐藏(3-Dimensions Reversible Data Hiding,3DRDH)算法,在有限的载体上以较小的失真嵌入更多的数据。与目前已有的3DRDH相比,本算法中提出的3DRDH有更好的嵌入容量-失真性能。而运动矢量也因其数据量小,呈以零点为中心的高斯分布的特点,将其做为待嵌信息。为了抵抗随机信道差错,提高差错掩盖的鲁棒性,并根据用户对视频质量要求,对运动矢量复制,并将这些复制品和原始的运动矢量一起置乱,用提出的3DRDH嵌入在QDCT系数中。在接收端,在反量化操作前提取出信息并恢复原始的QDCT系数,用恢复的运动矢量定位匹配块并掩盖传输差错。