[发明专利]基于速度场一致性的视频帧间篡改检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种视频篡改检测领域的方法，具体是一种基于速度场一致性的视频帧间篡改检测方法。

背景技术

随着互联网技术和数码设备的日益发展，数字视频已经广泛地融入到人们的生活中，并逐渐成为了法庭认证的一个重要证据来源。然而，随着各种视频编辑软件功能越来越完善，很多视频被篡改并流传于网络，导致视频信息不再可靠。如果被篡改的视频作为法庭供证，很难保证视频的完整性和真实性。如何准确地判断一个给定视频是否被篡改，已经成为信息安全领域的一个重要课题。

目前，常见的视频篡改可以分为帧内篡改和帧间篡改两种方式。帧内篡改主要是对一个视频帧中的局部区域(比如某个物体)进行修改和编辑；帧间篡改则是对视频中完整的多个视频帧进行插入、删除和复制。

视频篡改检测算法可以分为两类：视频篡改主动检测算法和视频篡改被动检测算法。视频篡改主动检测算法主要是利用嵌入的数字水印或者数字签名的完整性来判断视频是否被篡改，依赖对视频的预处理。视频篡改被动检测算法主要是利用视频本身的纹理、噪声、运动矢量等特征来判断视频是否被篡改，由于其无需先验知识，相对主动检测算法而言实用性更强。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN102413327A，公开日2012-04-11记载了一种“基于压缩传感的半脆弱水印的视频篡改检测方法”，该技术针对MPEG-2视频中I帧图像的编码方式和DCT系数特征，通过压缩传感技术提取I帧的图像特征，生成并嵌入内容认证水印和完整性水印，进行视频完整性初检、视频帧间篡改检测和视频帧内内容认证，属于基于水印的视频篡改主动检测方法。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于速度场一致性的视频帧间篡改检测方法，属于视频帧间篡改被动检测方法。本发明方法通过速度场特征这一鲁棒性很强的视频特征，能有效检测视频帧删除、帧复制两种类型的视频帧间篡改，为法庭供证视频的完整性和真实性提供有力的检测武器。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种基于速度场一致性的视频帧间篡改检测方法，包括如下步骤：

步骤1：读入待检测的视频，解码为独立的视频帧序列；

步骤2：对解码得到的视频帧序列，提取每两个相邻视频帧之间的速度向量场，对生成的速度向量场的所有水平方向和垂直方向的绝对值分别求和，得到帧的水平方向和垂直方向的两个速度场绝对值的和，将所有帧的速度场绝对值的和按时间排序生成整个视频水平方向和垂直方向的速度场序列；

步骤3：分析速度场序列特征，根据不同的视频帧间篡改模式的特点，利用速度场相对序列特性来判断视频是否被篡改，如果被篡改，则确定篡改类型。

优选地，提取所述的两个相邻视频帧之间的速度向量场，具体包括如下步骤：

步骤2.1：对于解码得到视频中的两个相邻视频帧，对每个视频帧从RGB颜色空间向YUV颜色空间转换,并将其中的Y部分作为下步骤计算主体；

步骤2.2：将经过步骤2.1的两个相邻视频帧分块，并且划分的分块允许有重叠部分，每个分块大小为N×N，块重叠度为L(0<L<1)；

步骤2.3：对两个相邻视频帧按每个分块计算水平方向和垂直方向的速度向量场。由于存在重叠部分，所以每个N×N的大块计算得到的速度向量是作为(N×L)×(N×L)小块的速度向量。

优选的，所述步骤2.2中，分块大小取N＝16，块重叠度取L＝0.75时，得到的速度场序列最好地表征了未篡改帧之间的连续性和篡改帧之间的间断性。

优选地，在所述步骤2.3中，所述的分块计算速度向量场具体包括如下步骤：

步骤2.3.1：对视频两相邻帧中相同位置分块，做快速傅立叶变换(FFT)；

步骤2.3.2：对2.3.1的两分块进行复数共轭乘积；

步骤2.3.3：对2.3.2结果做快速傅立叶反变换，其中最大值位置即为该速度向量，按上述相同方法计算每一个分块，得到视频相邻两帧的速度向量场。

优选地，第i帧和第i+1帧之间的速度场变化率VFCR_(i,i+1)(x)为：

VFCR_(i,i+1)(x)＝S_(i,i+1)(x)/S_(i-1,i)(x)+S_(i,i+1)(x)/S_(i+1,i+2)(x)