抗几何攻击的视频复制篡改检测方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于视频篡改检测技术领域，涉及一种抗几何攻击的视频复制篡改检测方 法。
【背景技术】
[0002] 随着数字媒体设备的广泛普及和移动网络的迅速发展，越来越多的数据以图像和 视频为代表的多媒体形式进行捕获、存储和传播，人们可以很方便和快速地访问互联网上 的多媒体数据。视频数据由于具有信息量大，能够给人以全方位更加直观的感受，具有客观 性、直观性、动态性和连续性等特点，在许多领域具有重要应用。然而，各种功能强大的视频 编辑和处理软件，如AdobePremierePro，AdobeAfterEffects和Mokey等的出现，使得 人们能够很轻易地对获取到的视频进行任意篡改而不遗留显著痕迹。越来越多的视频数据 篡改事件，颠覆了"眼见为实"的传统观念。尽管编辑数字视频的目的不尽相同，但恶意篡 改的视频数据以惊人的速度出现在的视野，给社会带来了严重的负面影响，并严重影响到 人们生活、司法公正、新闻传媒等。
[0003] 近几年，视频数据信息篡改检测技术受到了世界上众多研宄学者的极大关注。所 谓视频复制篡改，即将视频中的某一段复制并插入到该视频的其它位置，或者用视频中的 某一段代替该视频中其它位置上的视频片段。这样的手法对于如今的视频编辑软件而言， 是很容易实现的操作，而且得到的篡改伪造视频也很难被辨认识别。针对视频篡改伪造的 检测可以分为两大类：主动检测和被动检测。
[0004] 主动检测是指存在先验信息的情况下，对视频数据的真实性和完整性进行检测， 如数字水印和视频数字签名。由于需要先验信息，主动检测方法在应用中受到了很大的限 制。
[0005] 被动检测则是在没有先验知识的情况下，利用视频数据本身的特性，对视频内容 的完整性和真实性进行检查。由于不需要先验信息，被动检测具有广泛的应用前景[1]。最 新的研宄成果包括：
[0006] Wang等人[2]提出了一种基于运动估计的视频数据篡改检测方法，用于检测通过 固定设备获得的视频中是否存在目标移除的情况。在文献[3]中，Lee等人提出了一种针 对监控视频的基于传感器模式噪声的视频篡改检测方法。在文献[4]中，Subramanyam等 人提出了一种基于双压缩的视频篡改检测方法。此外，Subramanyam等人[5]，提出一种基 于方向梯度直方图和视频压缩的视频篡改检测方法，该方法对于多种数字信号处理操作具 有很好的鲁棒性。文献[6]提出了一种基于MPEG的针对双压缩视频的篡改检测方法，利用 了双压缩会影响DCT(DiscreteCosineTransform)系数的分布，其中对于AC系数的影响 尤为明显。Wang等人在视频检测方面提出了一系列的方法[7] [8] [9] [10]。其中，文献[7] 描述了一种基于周期性特征残余分析的视频伪造检测方法。文献[9]提出了一种基于双量 化系数效应的视频伪造检测方法。在文献[11]中，Kobayashi等人提出一种基于噪声特征 不一致性的视频篡改检测方法。文献[12]提出了一种基于空间匹配块的噪声相关性的视 频篡改检测方法。
[0007]将视频片段拼接到同一视频中的其它位置或者替换同一视频中的某些片段，是一 种常见的视频篡改手段，将这种篡改方法称为视频帧复制。这种视频处理方法很容易实现 而且得到的篡改视频可以达到以假乱真的效果，难以辨别。因此，对于视频帧复制检测的研 宄也成为一个热点方向。目前，针对视频帧复制检测的研宄成果比较少，其中具有代表性的 成果有：在文献[13]中，Qin等人提出了一种基于运动矢量的视频复制帧检测方法，该方法 可以有效地检测视频帧删除或者视频帧插入。但是，该方法对于删除的帧数和插入的帧数， 具有特殊的要求，必须是图像组（G0P)帧数的整数倍。Wang等人[14]提出了一种基于时 间一空间相关性的视频复制帧检测方法，该方法具有很高的计算复杂度，并且对于由固定 设备得到的视频而言，其检测率较低。在[14]的基础上，Lin等人提出了一种新的检测方 法[15]，主要由三部分构成：（1)候选视频片段的选取；（2)空间相关性分析；(3)候选视频 片段的分类。该方法通过由粗到精的研宄方式，能够有效检测出视频中的复制帧。由于数 码设备的不断推陈出新，视频的长度以及画面的质量都在不断提高。因此，对于视频篡改检 测而言，具有较低的计算复杂度和较好的时效性成为检测方法设计所面临的核心问题。在 视频复制检测方面，之前提出的方法在这两方面的表现都有所欠缺。
[0008] 总之，在科技高速发展的今天，关于视频复制检测的研宄已经成为一个多学科交 叉、多领域融合的热门方向，在理论研宄方面极富挑战性，在实际中具有迫切的市场需求 和广阔的应用前景。
【发明内容】
[0009]本发明的目的是提供一种抗几何攻击的视频复制篡改检测方法，解决了现有技术 中，对视频复制篡改检测的准确性和时效性不能满足要求的问题。
[0010] 本发明采用的技术方案是，一种抗几何攻击的视频复制篡改检测方法，按照以下 步骤实施：
[0011] 步骤1、检测候选的视频复制片段；
[0012] 步骤2、对候选视频复制片段进行合并；
[0013] 步骤3、检测复制的视频片段。
[0014]本发明的有益效果是：
[0015] 1)本发明的抗几何攻击的视频复制篡改检测方法，利用视频片段之间在时间域上 的相似性，以及对应视频帧之间的空间相似性作为判断依据进行视频复制检测，具有较高 的检测精确性。
[0016] 2)通过对候选视频片段的合并，极大地缩短了检测时间，使得本发明的方法具有 较高的时效性。
[0017] 3)本发明的抗几何攻击视频复制篡改检测方法，对于视频的旋转变换（当旋转角 度小于等于20度）和缩放变换，具有鲁棒性，即当视频经过旋转和缩放变换后，依然具有良 好的检测结果。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明方法的流程框图；
[0019]图2是合并前的候选视频中存在对应相邻复制帧的视频片段示意图，其中，I:第 4帧与第6帧为复制帧，II:第10帧与第12帧为复制帧，III:第5帧与第7帧为复制帧， IV:第11帧与第13帧为复制帧；
[0020] 图3是采用本发明方法，对图2中的候选视频片段进行合并后的视频片段示意图， 其中，V:第 4、5、6、7 帧；VI:第 10、11、12、13 帧；
[0021] 图4是原始视频序列，包括10帧；
[0022] 图5是对应于图4的复制视频序列，其中，第8、9帧分别被第1、2帧替换。
【具体实施方式】
[0023] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0024] 参见图1，本发明的抗几何攻击的视频复制篡改检测方法，按照以下步骤具体实 施：
[0025] 步骤1、检测候选的视频复制片段
[0026] 视频复制，即复制的视频帧可以插入到视频中的任何地方，或者替换视频中的其 它帧，
[0027] 设F(X，y，t)表示视频，tG[1，L]，L为视频长度（帧数），
[0028] 选取固定长度1作为视频片段的长度，逐帧提取视频片段，将视频分割成L-1+1个 视频片段，
[0029] 为了检测是否存在复制的视频片段，通过比较两段视频的相似性进行判断，利用 系数相关性作为相似性的评判标准，两个向量X和Y之间的系数相关性表示为：
[0030]
( 1 )
[0031] 其中，XJPY^别表示向量X和Y中的第i个元素，yx和yY分别表示向量X和 Y的均值，
[0032] 检测候选视频复制片段的具体步骤如下：
[0033] 1. 1)对每个视频片段，计算每一帧图像的2~4阶Zernike矩特征，共有7个值，
[0034]设视频片段Sk= {Fk(x,y,t)|t= 1，2,…，1}，其中，k= 1，2,…，L-1+1，
[0035]将Sk表示为矩阵特征Hk(i，7)，共有1帧，每一帧的2~4阶Zernike矩特征共有 7个值，其中，i= 1，2,…，1，如式（2)所示：
[0036]
(2)
[0037]矩阵Hk(i，7)的行向量21表示由视频片段Sk中第i帧图像中所提取的2~4阶Zernike矩构成的特征向量，具体的特征如表1所示：
[0038]表 1，2~4 阶Zernike矩
[0039]
[0040] 1. 2)计算任意两个视频片段之间特征矩阵的相关系数：
[0041] (3)
[0042] ⑷
[0043] Hm表示第m个视频片段的特征矩阵，
[0044] Hn表示第n个视频片段的特征矩阵；
[0045] ym表示视频片段m所对应的特征矩阵的均值，
[0046] yn表示视频片段n所对应的特征矩阵的均值，
[0047] 进而得到一个关于相关系数C(Hm，Hn)的对称矩阵，
[0048] 其中，m= 1，2, ? ? ?，L-1+1，n= 1，2, ? ? ?，L-1+1。
[0049] 1. 3)考虑到视频的相邻帧之间的相似性很高，会对视频复制检测的精度造成影 响，因此在检测前应该尽量排除这种影响。
[0050] 考虑相邻视频片段之间的相关系数CdHj，其中，|m_n| = 1，若该相关系数大于 阈值L(仿真实验中取!；= 0. 999)，设定这两个相邻视频片段是静止的，排除