[发明专利]基于三维空时特征的鲁棒视频指纹方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，涉及数字视频指纹提取和检测匹配方法，该方法可以抵抗常规的视频攻击和处理，用于互联网上的内容认证和近视频检测领域。

背景技术

随着多媒体技术和网络技术的发展，视频信息的数字化给视频信息的存取，拷贝和修改提供了极大的便利，同时使得信息传输和表达的效率以及准确性有了显著的提高。但是，由于大量的视频信息可以方便的从互联网上随意下载和发布，并且可以通过处理软件进行任意的修改，再加上一些传播存储过程中的非人为攻击，这就造成了网络上存在大量经过非法复制，剪辑，修改和攻击的视频以及片段，而这些视频片段的原始信息经常是未知的。人们在生活与工作中对得到的未知视频片段感兴趣，并且想找到视频的来源信息进一步了解和使用，这就涉及到了视频内容认证的问题。而针对如何检测视频是否受到版权侵害而被非法复制，剪辑和分发，即检测互联网上是否有与受版权保护内容一致的视频内容，或者需要对同一类视频进行检索，这涉及到了近视频检测的问题。因此，解决目前网络上视频信息数字化所面临的问题迫在眉睫，而如何有效的进行数字视频内容认证和近视频检测也就是关键所在。数字视频指纹作为一项新兴的并且很有潜力的手段，在最近几年受到了学术界和商业界的广泛关注。不同于数字水印技术，一方面数字指纹并不在视频中嵌入任何信息，所以也不会导致视频内容上的变化和扭曲；另一方面，数字水印技术对于大量已存的未嵌入水印的视频无效，而视频指纹是数字视频本身特性的表征，直接对数字视频提取，弥补了数字水印的不足。

视频指纹的基本思想是从数字视频内容到一段指纹序列的映射，也就是数字视频视觉内容上的特征摘要，用一段简单的摘要序列最大程度上表征一段视频的内容，类似于一个指纹代表一个人的身份的概念，一段视频指纹也就代表了一段视频的内容。这样视频指纹就可以用于独一无二的表征一段视频并且与其他内容不同的视频进行区分，也就可以有效的完成视频内容认证和近视频检测两大问题，以便认证未知视频内容和提供产品的附加信息，或者保护数字视频的版权内容和跟踪盗版。鲁棒的视频指纹必须可以抵抗常见的视频攻击，在受到攻击前后都必须能保持指纹序列的成对独立性，在匹配过程中还必须具有搜索效率。

鲁棒视频指纹技术的过程主要分为指纹提取和指纹匹配两个环节，其中指纹提取是视频指纹技术的主要环节，又可分为帧提取，特征提取，矢量量化三个部分，最终得到矢量形式的视频指纹。帧提取目前主要有关键帧提取，降采样提取等等，主要是为了减少冗余和计算量，用最少的帧内容来唯一表示一段视频，体现了视频指纹的意义所在。视频指纹研究的重点在于特征提取和矢量量化，目前大部分方法都是针对单独帧提取特征，也就是在二维空间上提取特征并量化为指纹向量。例如文献Sunil Lee and D.Yoo Chang，″Robust Video Fingerprinting for Content-Based Video Identification，″IEEE Trans.Circuits and Systems for Video Technology，vol.18，no.7，pp.983-988，July2008.先把每一帧分成若干块，然后每一块的梯度方向质心作为指纹，所有块组成指纹向量进行范围搜索和匹配。这些方法基本可以抵抗大部分常见的视频攻击，但是，这些方法并没有注意到视频的空时性和冗余性，也就是仅仅对图像序列的简单排列，忽略了视频的时间信息，没有做到最大程度上代表一段视频，影响了数字视频指纹的独立性和鲁棒性，最终限制了在近复制视频检测时的检索精度以及检索效率。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提供一种基于三维空时特征的鲁棒视频指纹方法，以有效利用视频的时间信息，用一段向量最大程度表征视频内容，提高视频指纹针对常见攻击时的独立性和鲁棒性，进而提高在视频内容认证的精度以及近复制视频检测时的检索精度以及检索效率。

实现本发明目的的技术方案包括指纹提取和指纹匹配。

一、基于三维空时特征的鲁棒视频指纹提取方法，包括如下步骤：

(1)将视频Q转换到灰度域，即将待检测视频每一帧图像变成灰度图像，得到一组灰度图像序列Z；

(2)将灰度图像序列Z的宽和高调整为固定值，得到一组大小统一的图像序列I；

(3)提取图像序列I的三维空时特征点，并在提取特征点的每一帧图像中提取一个特征强度最大的特征点H；

(4)对提取特征点后的图像序列H进行降2采样，获得降2采样后的视频帧以及每一帧中的空时特征点P；