專利名稱：一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于多媒體信息安全技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于壓縮域的視頻序列 Copy-Move篡改檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
隨著信息技術(shù)的迅速發(fā)展，多媒體應(yīng)用日益普及。便捷的互聯(lián)網(wǎng)和功能強(qiáng)大的視 頻序列編輯工具使視頻序列數(shù)據(jù)很容易被獲取與修改。由于視頻序列數(shù)據(jù)龐大，內(nèi)容變化 復(fù)雜，因此很難快速準(zhǔn)確地檢測(cè)視頻序列的各種惡意篡改。這些惡意篡改會(huì)嚴(yán)重影響人們 對(duì)視頻序列信息的利用。例如，當(dāng)被篡改的視頻序列用作法庭證據(jù)而未被及時(shí)發(fā)覺時(shí)，可能 對(duì)最后的審判結(jié)果產(chǎn)生較大影響。 MPEG視頻序列是一種成熟的視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)字電視等場(chǎng)合得到了極為廣泛的 應(yīng)用。因此，快速準(zhǔn)確地檢測(cè)視頻序列的各種惡意篡改，保證視頻序列信息的安全顯得尤為 重要。在沒有任何先驗(yàn)知識(shí)情況下檢測(cè)視頻序列的各種篡改是一類非常重要的檢測(cè)手段。 視頻序列的Copy-Move是將視頻序列中的某個(gè)子序列進(jìn)行復(fù)制，然后插入到該視頻序列其 它某個(gè)時(shí)間段上的視頻序列篡改方式。現(xiàn)有針對(duì)Copy-Move篡改的檢測(cè)技術(shù)計(jì)算復(fù)雜度較 大，且虛警率較高，例如W. Wang利用視頻子序列幀圖像空域特征的相似性來檢測(cè)視頻序列 間的復(fù)制關(guān)系。它將視頻劃分為多個(gè)子序列，然后將視頻序列完全解碼后，提取視頻序列每 幀圖像的空域特征，再統(tǒng)計(jì)各子序列的特征，并計(jì)算子序列間的相似度。這樣大大增加了計(jì) 算復(fù)雜度，而且由于只考慮了視頻序列的內(nèi)容特征，因此檢測(cè)結(jié)果的虛警率較高。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題和不足，本發(fā)明目的在于提供一種基于壓縮域 的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法。該方法在檢測(cè)視頻序列內(nèi)各子序列間是否存在復(fù)制 關(guān)系時(shí)，不僅能快速準(zhǔn)確地檢測(cè)視頻序列內(nèi)各子序列間是否存在Copy-Move篡改，而且篡 改的檢出率高，誤檢率低。 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下方案 —種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，該方法通過提取GOP內(nèi) 容和運(yùn)動(dòng)矢量的特征，并計(jì)算所有GOP在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上的相似性參數(shù)來檢測(cè)視頻序列的 Copy-Move篡改，其具體步驟如下
A、計(jì)算所有GOP內(nèi)容的相似度 提取視頻序列所有I幀圖像I (t)，并通過插值算法將I幀圖像尺寸縮小，縮小后結(jié) 果為I' (t)，計(jì)算所有縮小后I幀圖像I'(t)間的相似性參數(shù)P p以相似性參數(shù)P工表 征G0P內(nèi)容的相似度；
B、計(jì)算所有GOP運(yùn)動(dòng)的相似度 提取所有P幀運(yùn)動(dòng)矢量圖，將運(yùn)動(dòng)矢量圖劃分為四個(gè)相等大小塊，計(jì)算每個(gè)塊內(nèi) 運(yùn)動(dòng)矢量模的和。并將同一 GOP內(nèi)所有P幀的這一計(jì)算結(jié)果取均值來表征整個(gè)GOP運(yùn)動(dòng)的特征Ve，利用提取的GOP運(yùn)動(dòng)特征，計(jì)算所有GOP間運(yùn)動(dòng)的相似性參數(shù)P v，以相似性參數(shù) Pv表征GOP運(yùn)動(dòng)的相似度；C、計(jì)算所有GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度 綜合計(jì)算GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度，將GOP的內(nèi)容相似度P工與運(yùn)動(dòng)相似度 P v進(jìn)行乘積來表征GOP整體相似性參數(shù)P e，以相似性參數(shù)P e表征所有GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng) 的整體相似度； D、檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改 設(shè)定相似度閾值判斷視頻序列是否存在Copy-Move篡改，如果視頻序列兩個(gè)GOP 間相似度大于設(shè)定的相似度閾值時(shí)，則認(rèn)為這兩個(gè)GOP間存在復(fù)制關(guān)系，視頻序列是經(jīng)過 Copy-Move篡改得到的；否則認(rèn)為這兩個(gè)GOP間不存在復(fù)制關(guān)系，若其中一個(gè)GOP與其它所 有GOP間均不存在復(fù)制關(guān)系，則該GOP序列是沒有經(jīng)過Copy-Move篡改得到的。
本發(fā)明的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法與已有技術(shù)相比 較，具有如下顯而易見的實(shí)質(zhì)性突出特點(diǎn)和顯著優(yōu)點(diǎn)1.該方法直接提取視頻序列解碼過 程中的內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為計(jì)算參數(shù)特征，因此檢測(cè)速度快；2.由于噪聲和模糊處理只對(duì) 視頻序列清晰度有一定影響，而對(duì)視頻序列內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)影響不大，因此該方法檢測(cè)效果好， 能抗各種噪聲和模糊處理；3.只有同時(shí)在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上相似度都較大的子序列的整體相 似度才較大，才被認(rèn)為存在Copy-Move篡改，由于正常子序列間的整體相似度較小，而篡改 的子序列間整體相似度較大。因此該方法設(shè)定相似度閾值穩(wěn)定，虛警率和漏檢率都比較低， 因此檢出率高，誤檢率低。


圖1是視頻序列Copy-Move篡改的示意圖； 圖2是圖像組(GOP)的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法的流程圖； 圖4是I幀圖像進(jìn)行雙線性插值的示意圖； 圖5是P幀運(yùn)動(dòng)矢量圖分割為左上、左下、右上、右下四個(gè)塊的示意圖； 圖6是篡改視頻序列經(jīng)四種處理后的檢測(cè)結(jié)果的示意圖； 圖7是設(shè)定不同閾值時(shí)的檢測(cè)結(jié)果的示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。本實(shí)施例以本發(fā)明的技術(shù) 方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施 例。 通過將視頻序列的某些子序列進(jìn)行復(fù)制并插入到該視頻序列其它時(shí)間段上或覆 蓋其它序列，可以達(dá)到混淆視聽的作用。其篡改方式如附圖l所示，將視頻序列某段序列進(jìn) 行復(fù)制，然后插入到到后續(xù)某個(gè)時(shí)間段上，并重新編碼。圖1中用淺黑(灰)色底標(biāo)出的， 即為經(jīng)Copy-Move篡改的視頻序列。 Copy-Move篡改中被插入的視頻序列是從其它某段序列復(fù)制而來，可以通過檢 測(cè)視頻子序列間相似性來檢測(cè)這種篡改。視頻子序列看作是一組連續(xù)變化的圖像，它包含內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)兩種信息，若兩個(gè)子序列在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上均相似，則認(rèn)為這兩個(gè)子序列間存在復(fù)制關(guān)系，即存在Copy-Move篡改。MPEG視頻序列的編碼過程是以圖像組(Group ofPictures,GOP)為單位，其結(jié)構(gòu)如附圖2所示，一個(gè)I幀及其到下一個(gè)I幀間的所有視頻序列幀稱為一個(gè)GOP。該方法將每個(gè)GOP劃分為一個(gè)子序列。通過計(jì)算各GOP間的相似性參數(shù)檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改。 下面以幀圖像大小為352X240，幀數(shù)為4625，編碼結(jié)構(gòu)為GOP (12， 3)的視頻序列為例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)中視頻篡改方式為將第35 53個(gè)GOP復(fù)制并插入到第116 134個(gè)GOP ;第135 143個(gè)GOP復(fù)制并插入到第195 203個(gè)GOP ;第178 186個(gè)GOP復(fù)制并插入到第246 254個(gè)G0P。 如圖3所示，本發(fā)明的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其步驟如下 A、計(jì)算所有GOP內(nèi)容的相似度，其具體步驟如下 Al 、提取視頻序列所有I幀亮度分量，得到I幀亮度序列{I (t)}，其中I (t)表示第t個(gè)GOP的I幀圖像，I (t， m， n)表示第t個(gè)GOP的I幀圖像中坐標(biāo)為(m， n)的像素；
A2、采用插值方法將所有I幀圖像尺寸縮小，縮小后的I幀序列記為{1' (t)}，采用雙線性插值方法，將視頻序列幀尺寸縮小為W工XH工，一般取30 < W工< 40， 20 < & < 30，如圖4所示，采用雙線性插值方法將原始幀圖像352X240的尺寸縮小到35X24的尺寸；
A3、計(jì)算所有I' (t)間的相似性參數(shù)P Ji， j)，以其相似性參數(shù)P Ji， j)表征第i個(gè)G0P與第j個(gè)G0P內(nèi)容的相似度。相似性參數(shù)P Ji， j)公式如下
cov
^ Z [/'(/, m,") - 7^] [/ U,附,")—2 z Z [''"，附,")—
(1) B、計(jì)算所有GOP運(yùn)動(dòng)的相似度，其具體步驟如下 Bl、設(shè)每個(gè)GOP中P幀的個(gè)數(shù)為N， Vx(t， s) 、 Vy(t， s)表示第t個(gè)GOP的第s個(gè)P幀水平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)矢量圖，Vx(t， s， m， n) 、 Vy(t， s， m， n)分別表示第t個(gè)GOP的第s個(gè)P幀水平和垂直方向運(yùn)動(dòng)矢量圖中坐標(biāo)為(m，n)的運(yùn)動(dòng)矢量，其中s G {1，2，*"，N}。提取所有P幀的運(yùn)動(dòng)矢量圖； B2、將每個(gè)P幀的運(yùn)動(dòng)矢量圖劃分為左上、左下、右上、右下四個(gè)相等大小塊，如附圖5所示， 設(shè)Vb(t， s， k)表示第t個(gè)G0P的第s個(gè)P幀中第k個(gè)塊內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)矢量模的和。計(jì)算Vb (t， s， k) ， k G {1， 2， 3， 4}，則其計(jì)算公式為: <formula>formula see original document page 7</formula>(2) 其中,=
<formula>formula see original document page 7</formula><formula>formula see original document page 8</formula>應(yīng)，其中橫縱軸均表示GOP時(shí)序。圖6是篡改視頻序列經(jīng)四種方式處理后的檢測(cè)結(jié)果，其中 閾值T = 0. 75， L = 8，橫軸和縱軸均表示GOP的時(shí)序(a)直接檢測(cè)結(jié)果；(b)加高斯噪聲 后檢測(cè)結(jié)果；(c)中值濾波后檢測(cè)結(jié)果；(d)高斯模糊后檢測(cè)結(jié)果。圖7是閾值取6種不同 值時(shí)的檢測(cè)結(jié)果。當(dāng)閾值設(shè)為小于0. 65時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較多虛警情況；閾值設(shè)為大于0. 85時(shí)， 則會(huì)有較多的漏檢情況；只有閾值介于O. 65與0. 85間時(shí)，能準(zhǔn)確的檢測(cè)出篡改序列。圖6、 圖7中檢測(cè)的(i， j)點(diǎn)即對(duì)應(yīng)篡改的G0P。圖6中經(jīng)四種方式處理后，均能檢測(cè)到篡改點(diǎn) 較集中的3個(gè)篡改區(qū)域，與前面的篡改方式一致。因此，該方法能較好抗各種噪聲和模糊處 理。圖7中相似度閾值設(shè)在0. 65 0. 85間時(shí)，檢測(cè)結(jié)果的虛警率和漏檢率都比較低，能較 好的檢測(cè)出被篡改的序列。因此相似度閾值設(shè)置的可選范圍較大，且穩(wěn)定。對(duì)角線附近出 現(xiàn)的檢測(cè)點(diǎn)，由相鄰圖像組引起，可以通過調(diào)節(jié)L的值來將其濾除。
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權(quán)利要求
一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其特征在于，該方法通過提取GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)矢量的特征，并計(jì)算所有GOP在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上的相似性參數(shù)來檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改，其具體步驟如下A、計(jì)算所有GOP內(nèi)容的相似度提取視頻序列所有I幀圖像I(t)，并通過插值算法將I幀圖像尺寸縮小，縮小后結(jié)果為I′(t)，計(jì)算所有縮小后I幀圖像I′(t)間的相似性參數(shù)ρI，以相似性參數(shù)ρI表征GOP內(nèi)容的相似度；B、計(jì)算所有GOP運(yùn)動(dòng)的相似度提取所有P幀運(yùn)動(dòng)矢量圖，將運(yùn)動(dòng)矢量圖劃分為四個(gè)相等大小塊，計(jì)算每個(gè)塊內(nèi)運(yùn)動(dòng)矢量模的和。并將同一GOP內(nèi)所有P幀的這一計(jì)算結(jié)果取均值來表征整個(gè)GOP運(yùn)動(dòng)的特征VG，利用提取的GOP運(yùn)動(dòng)特征，計(jì)算所有GOP間運(yùn)動(dòng)的相似性參數(shù)ρV，以相似性參數(shù)ρV表征GOP運(yùn)動(dòng)的相似度；C、計(jì)算所有GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度綜合計(jì)算GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度，將GOP的內(nèi)容相似度ρI與運(yùn)動(dòng)相似度ρV進(jìn)行乘積來表征GOP整體相似性參數(shù)ρG，以相似性參數(shù)ρG表征所有GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度；D、檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改設(shè)定相似度閾值判斷視頻序列是否存在Copy-Move篡改，如果視頻序列兩個(gè)GOP間相似度大于設(shè)定的相似度閾值時(shí)，則認(rèn)為這兩個(gè)GOP間存在復(fù)制關(guān)系，視頻序列是經(jīng)過Copy-Move篡改得到的；否則認(rèn)為這兩個(gè)GOP間不存在復(fù)制關(guān)系，若其中一個(gè)GOP與其它所有GOP間均不存在復(fù)制關(guān)系，則該GOP序列是沒有經(jīng)過Copy-Move篡改得到的。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其特 征在于，上述步驟A中所述的計(jì)算所有GOP內(nèi)容的相似度，其具體步驟如下Al、提取視頻序列所有I幀亮度分量，得到I幀亮度序列{I (t)}，其中I (t)表示第t個(gè) GOP的I幀圖像，I (t， m， n)表示第t個(gè)GOP的I幀圖像中坐標(biāo)為(m， n)的像素；A2、采用插值方法將所有I幀圖像尺寸縮小，縮小后的I幀序列記為{1' (tM。本發(fā)明 中采用雙線性插值方法，將視頻序列幀尺寸縮小為W工XH工，取30 < W工< 40， 20 < & < 30 ;A3、計(jì)算所有T' (t)間的相似性參數(shù)P工(i，j)，以其相似性參數(shù)P工(i，j)表征第i個(gè) G0P與第j個(gè)GOP內(nèi)容的相似度。相似性參數(shù)P工(i， j)公式如下<formula>formula see original document page 2</formula>
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其特 征在于，上述步驟B中所述的計(jì)算所有GOP運(yùn)動(dòng)的相似度，其具體步驟如下Bl、設(shè)每個(gè)GOP中P幀的個(gè)數(shù)為N， Vx(t， s) 、 Vy(t， s)表示第t個(gè)GOP的第s個(gè)P幀水 平和垂直方向的運(yùn)動(dòng)矢量圖，Vx(t， s， m， n) 、 Vy(t， s， m， n)分別表示第t個(gè)GOP的第s個(gè)P 幀水平和垂直方向運(yùn)動(dòng)矢量圖中坐標(biāo)為(m， n)的運(yùn)動(dòng)矢量，其中s G {1，2，， N}。提取 所有P幀的運(yùn)動(dòng)矢量圖；B2、將每個(gè)P幀的運(yùn)動(dòng)矢量圖劃分為左上、左下、右上、右下四個(gè)相等大小塊，如附圖5所示，設(shè)Vb (t， s， k)表示第t個(gè)GOP的第s個(gè)P幀中第k個(gè)塊內(nèi)所有運(yùn)動(dòng)矢量模的和。計(jì)算 Vb(t， s，k)，k G {1，2，3，4}，則其計(jì)算公式為:w2 /i2 /=Wl聲A,其中！ W =4 =,W，=i J'"i '1 A: mod 2 = 1+ 1 A:mod2 = 0+ 1 &>2(2)& mod 2 = 1 A: mod 2 = 0，& ="2 A:>2當(dāng)w = 20，h = 15，即有: <formula>formula see original document page 3</formula>B3、將同一G0P內(nèi)所有P幀的Vb(t，s，k)取均值來表征整個(gè)G0P的運(yùn)動(dòng)Ve(t，k)，Ve(t，k)計(jì)算公式如下B4、通過Ve(t， k)計(jì)算所有G0P間在運(yùn)動(dòng)上的相似性參數(shù)Pv(i， j)，以相似性參數(shù) P v(i， j)來表征第i個(gè)GOP與第j個(gè)GOP運(yùn)動(dòng)的相似度，其計(jì)算公式如下(4)<formula>formula see original document page 3</formula>
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其特 征在于，上述步驟C中所述的計(jì)算所有G0P內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度，其具體是綜合視頻 子序列在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上的相似性，只有在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上都相似的子序列才被認(rèn)為存在復(fù)制 關(guān)系。因此將G0P內(nèi)容的相似度P工(i， j)與運(yùn)動(dòng)的相似度Pv(i， j)進(jìn)行乘積來表征GOP 的整體相似度，其計(jì)算公式如下Pc(i， j) = Pv(i， j) X I Pl(i， j) I (5) 其中，Pe(i， j)表示G0P的整體相似度。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，其特 征在于，上述步驟D中所述的檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改，其具體是設(shè)相似度閾值為T，相鄰的L個(gè)GOP間不存在復(fù)制關(guān)系。當(dāng)P' e(i，j) = l時(shí)表明第i個(gè)GOP與第j個(gè)GOP 間存在復(fù)制關(guān)系，檢測(cè)結(jié)果由下式表示flpG(/,_/)2:r and卩—(6)Pc(!,力—)o otherwise
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于壓縮域的視頻序列Copy-Move篡改檢測(cè)方法，該方法通過提取GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)矢量的特征，計(jì)算所有GOP在內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)上的相似性參數(shù)來檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改，其步驟是A、計(jì)算所有GOP內(nèi)容的相似度；B、計(jì)算所有GOP運(yùn)動(dòng)的相似度；C、計(jì)算所有GOP內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)的整體相似度；D、檢測(cè)視頻序列的Copy-Move篡改，設(shè)定相似度閾值判斷視頻序列間是否存在復(fù)制關(guān)系，若存在，則該視頻經(jīng)過Copy-Move篡改。該方法直接提取視頻序列解碼過程中的內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)數(shù)據(jù)作為計(jì)算參數(shù)特征，因此檢測(cè)速度快；由于噪聲和模糊處理只對(duì)視頻序列有影響，而對(duì)視頻序列內(nèi)容和運(yùn)動(dòng)影響小，因此檢測(cè)效果好，能抗噪聲等；由于設(shè)定相似度閾值穩(wěn)定，虛警率和漏檢率低，因此檢出率高，誤檢率低。
文檔編號(hào)H04N7/26GK101707711SQ200910198209
公開日2010年5月12日 申請(qǐng)日期2009年11月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月3日
發(fā)明者劉煥, 孫廣玲, 張新鵬, 王朔中, 秦運(yùn)龍, 魏為民 申請(qǐng)人:上海大學(xué)