一種視頻同源copy-move篡改檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及可視媒體信息安全領域，具體設及一種基于光流矢量的視頻同源 copy-move篡改檢測方法及系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 對可視媒體的惡意篡改可能引起嚴重的社會及法律問題。由不斷發(fā)展的信息處理 技術篡改的圖像或視頻可被用作法庭上的虛假證據(jù)、新聞報道中具有誤導性的信息，W及 非法的偽造證明等。因此，對圖像視頻信息真實性和完整性的鑒別是安全領域中的一個重 要研究課題。
[0003] 一種典型的視頻篡改操作是視頻的copy-move(同源視頻的復制粘貼）篡改，將視 頻序列的某段子序列進行復制并插入到該視頻序列其他時間段上或覆蓋其他序列。帖復制 篡改通常是為了修改人物的活動時間點或者將人物的活動時間延長，W偽造人物活動的記 錄，達到混淆視聽的作用。針對數(shù)字視頻篡改的檢測方法分為主動檢測和被動檢測兩種。早 期的視頻篡改檢測多為主動檢測，如數(shù)字水印技術等，但其受限于特殊的拍攝設備，依賴于 對視頻的預處理。被動檢測則不需要在媒體中嵌入任何附加信息，僅通過對媒體數(shù)據(jù)中存 在的固有特征（如紋理特征、運動矢量等）進行提取和分析，W判斷視頻是否被惡意篡改。 因此，被動檢測方法的實用性更強。
[0004] 針對copy-move篡改現(xiàn)有的檢測技術較少，多是基于被動檢測的方法。W.Wang等 人利用視頻子序列帖圖像的空間特征的相似性來檢測視頻序列的復制關系，先將視頻劃分 為多個子序列，然后將視頻序列完全解碼后，提取視頻序列每帖圖像的空域特征，再統(tǒng)計各 子序列的特征，計算子序列間的相似度，算法的計算復雜度很高，并且由于只考慮了視頻序 列的內容特征，其檢測結果的虛警率較高；王俊文等人基于噪聲模式的思想，設計出待測 帖的噪聲與模式噪聲的相關性，設定闊值進行篡改檢測，但由于噪聲的不確定性較大，算法 需充分考慮不同壓縮標準W及碼率對模式噪聲的影響，因而魯棒性較差；秦運龍等人則通 過提取視頻的GOP內容和運動矢量的特征，并計算所有GOP在內容和運動上的相似性參數(shù) 來檢測視頻序列的copy-move篡改，能快速準確地檢測出視頻序列內的各子序列間是否存 在copy-move篡改，但未能準確定位篡改的起始位置，無法準確恢復原始視頻，同時難W實 現(xiàn)對內容靜止不變的視頻篡改進行檢測；巢娟等人利用光流的一致性進行視頻帖間篡改檢 測，將視頻帖的光流矢量的所有值求和，根據(jù)光流值的變化率進行定位檢測和還原，但對光 流矢量求和處理較大程度損失了帖圖像間的差異，僅應用于部分靜態(tài)攝像頭拍攝的視頻， 缺少檢測的普適性。 陽0化]綜合分析，目前同源視頻的copy-move篡改檢測存在W下問題：
[0006] (1)無法準確反映視頻帖之間的相關性，只能判斷視頻中是否存在篡改，但無法準 確定位篡改位置，因此無法準確恢復原始視頻；
[0007] (2)特征提取與特征相似度的計算過于復雜，使得檢測算法的計算復雜度過高，不 易于實現(xiàn)；
[0008] (3)只適用于特定壓縮標準和碼率、W及靜態(tài)攝像頭拍攝的視頻，魯棒性和普適性 較差。
[0009] 因此，一個有效的copy-move篡改檢測算法應當實現(xiàn)：較高的檢測準確率、較低的 計算復雜度和較好的魯棒性。鑒于已有的基于光流一致性的算法能較好地反映視頻圖像運 動的變化，但將光流矢量矩陣粗略地計算為一個和值，忽略了帖內圖像的細節(jié)信息；若直接 對光流矢量矩陣計算相關性，隨著視頻帖數(shù)的增多，計算復雜度快速增大。因此，本發(fā)明綜 合光流值的一致性和光流矢量的相關性逐層處理，實現(xiàn)對copy-move篡改的檢測。

【發(fā)明內容】

[0010] 鑒于W上所述現(xiàn)有技術存在的問題和不足，本發(fā)明技術方案提供的一種視頻同源 copy-move篡改檢測技術方案，先利用光流值的一致性通過窗口法對整個視頻進行粗檢，獲 取疑似的篡改位置；再計算與疑似篡改帖的光流矢量矩陣具有較強相似性的帖，獲取疑似 的copy-move帖對；然后通過視頻序列時間上的連續(xù)性去除誤檢帖，精化檢測結果；最后利 用光流一致性區(qū)分復制帖與粘貼帖，恢復篡改視頻。
[0011] 本發(fā)明提供一種視頻同源copy-move篡改檢測方法，所述copy-move表示復制粘 貝占，包括W下步驟：
[0012] 步驟SI,預處理，包括讀入待檢測的視頻，記視頻總帖數(shù)為N，計算獲取第i帖圖像 與第i+1帖圖像之間的光流矢量矩陣〇1，1《i《N-I;
[0013] 步驟S2,粗檢，包括利用光流值的一致性對整個視頻進行粗檢，獲取光流值明顯突 變的帖，判定為疑似的篡改位置，將相關的帖序號存入集合Cl;實現(xiàn)方式包括W下子步驟，
[0014] 步驟S2-1，計算第i帖圖像對應的光流值0,Um (i)，光流值AumW為光流矢量矩陣 〇1中各元素的絕對值之和；
[0015] 步驟S2-2,利用加窗法計算出第i帖圖像的光流值與窗口內其他圖像帖的光流值 平均值的比值，獲取第i帖圖像光流值的變化率01;
[0016] 步驟S2-3,對光流值的變化率進行闊值判斷，若0 1大于等于預設的相應闊值，貝U 說明第i帖與第i+1帖圖像之間可能存在篡改，判定為疑似的篡改位置，將相關的帖序號 i-1、i、i+1存入集合Cl,設集合Cl有M個帖序號，M《N-I;
[0017] 步驟S3,細檢，包括基于光流矢量的相關性對光流矢量矩陣縮略處理后，計算與疑 似篡改帖序號的光流矢量矩陣具有較強相關性的帖，獲取疑似的copy-move帖對，存入集 合C2;實現(xiàn)方式包括W下子步驟，
[0018] 步驟S3-1，利用預設的縮略因子d對光流矢量矩陣&進行縮略，得到縮略矩陣 0' 1;
[0019] 步驟S3-2,對帖序號屬于集合Cl中的任一帖，設帖序號為j，依次求解各縮略矩陣 0'1與第j帖圖像對應的縮略矩陣0' .，的線性相關度值cor(i，如，針對第j帖得到的N-I 個線性相關度值cor(i，j)，構成相關系數(shù)行向量CixwU;
[0020] 步驟S3-3,對帖序號屬于集合C沖的各帖圖像相應相關性系數(shù)行向量CWWU的 元素進行闊值判斷，若某元素大于預設相應闊值，判斷為疑似的copy-move帖對，將相應帖 序號對加入集合Cs;
[0021]步驟S4,精化，利用視頻時間上的連續(xù)性從去除誤檢帖；實現(xiàn)方式包括W下子步 驟， 陽02引步驟S4-1，對于帖序號對（i，如GC2,若帖序號滿足Ij-iI<W，則從集合Cz中刪 除； 陽02引步驟S4-2,對于帖序號對（i，_]'）GC2,計算帖序號對（i-1，j-1)、（i+1，j+1)帖對 的線性相關度值cor(i-1,j-1)、cor(i+1,j+1)，若cor(i-1,j-1)、cor(i+1,j+1)均小于相 應的預設闊值，則從集合Cs中刪除；
[0024]步驟S4-3,對集合Cz中的元素進行整合，先調整帖序號對（i，j)滿足i<j，再尋 找滿足下式的元素對（ip,jp)和（iq，jq)， 陽02引 jq-jp=iq-ip且jq-iq=jp-ip，
[0026] 其中，p、q為復制粘貼帖對（i，_j)依次在集合Cs中的位置，設jq>jp、iq>ip， jq-jp=iq-ip=k;
[0027] 則判斷圖像序列Up,jp+1, . . . ,jq,jq+l}與Up,ip+1, . . . ,iq,iq+l}是復制粘貼關系，且 篡改帖數(shù)為k+1;
[00測步驟S5,利用光流的一致性對步驟4所得a,jp4, . . .，jq，jqj與Up,ipu，. . .，iq，iqJ區(qū)別復制帖與粘貼帖，對篡改視頻進行恢復。
[0029] 而且，步驟S5的實現(xiàn)如下， 陽〇3〇] 對于步驟4所得圖像序列{jp,jp4, . . .，jq,jqj與Up,ip4, . . .，iq，iqj的起始帖 第ip帖、第jP帖，與步驟2中所得集合CI進行對比，若ipGC1，則ip為復制序列段的起始 帖序號，iw為復制序列段的終止帖序號，jP為粘貼序列段的起始帖序號，jW為粘貼序列段 的終止帖序號；否則，jpECl,則第jp帖為粘貼帖序列的起始帖，jqu為復制序列段的終止 帖序號，ip為粘貼序列段的起始帖序號，iW為粘貼序列段的終止帖序號；
[0031] 將粘貼序列段刪除，得到copy-move篡改前的原始視頻。
[0032] 而且，所述線性相關度值的求取如下，
[0033]設第i帖圖像對應的縮略矩陣0'姻應一維的行向量為0"1，第j帖圖像對應 的縮略矩陣〇'，相應一維的行向量為0"，，設行向量0"1與0"，各有S個元素，分別記為 利用如下公式計算向量0"1與0",的相關系數(shù)cor,作為線性相關度值 cor(i,j)，
[0034]
[003引其中，y、J分別為行向量0"1與0"，的元素均值。
[0036] 本發(fā)明還相應提供一種視頻同源copy-move篡改檢測系統(tǒng)，所述copy-move表示 復制粘貼，包括W下模塊：
[0037] 預處理模塊，用于讀入待檢測的視頻，記視頻總帖數(shù)為N，計算獲取第i帖圖像與 第i+1帖圖像之間的光流矢量矩陣〇1，1《i《N-I;
[0038]粗檢模塊，用于利用光流值的一致性對整個視頻進行粗檢，獲取光流值明顯突變 的帖，判定為疑似的篡改位置，將相關的帖序號存入集合Cl;包括W下子模塊，
[0039] 光流值提取子模塊，用于計算第i帖圖像對應的光流值〇sum(i)，光流值〇s?(i)為 光流矢量矩陣〇1中各元素的絕對值之和；
[0040] 光流變化率提取子模塊，用于利用加窗法計算出第i帖圖像的光流值與窗口內其 他圖像帖的光流值平均值的比值，獲取第i帖圖像光流值的變化率01;
[0041]變化率闊值