一种视频篡改恢复处理方法、系统、存储介质、编码器与流程

文档序号:21780286发布日期:2020-08-07 20:00阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法将监控视频作为删除信道,通过删除信道传输由高度压缩的关键帧和定位数据组成的视频水印;采用喷泉编码嵌入水印并在解码器端进行提取,实现帧内篡改检测恢复和帧间篡改检测;帧间篡改检测从最后一个被验证为真实块的关键帧开始提取帧窗口内所有帧的帧索引,使用提取的帧索引区分插入或删除的帧,并确定新关键帧的位置;使用新的关键帧重复进行验证和恢复过程。

2.如权利要求1所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法包括:

第一步,将监控视频划分为不重叠的部分,每部分有wl帧,被称为帧窗口,帧窗口的长度应尽量小以进行实时编码,选择wl为监控视频一秒内的帧数,覆盖持续一秒内的视觉事件;

第二步,从每个帧窗口中选择关键帧,帧号为k,以关键帧为中心帧形成一个长度为2g+1的关键段,g是固定值,对应于关键帧和关键段的集合为k-g,k-g+1,...,k-1,k,k+1,...,k+g,关键帧是关键段中的中心帧,关键段的长度2g+1小于帧窗口的长度wl;

第三步,通过对关键帧进行高度压缩构成参考帧,参考帧记录着关键帧的主要内容,对于帧窗口内不在关键段中的其他帧,通过帧窗口号、帧号以及其他帧与同一个窗口内关键帧的距离构成帧索引;

第四步,将参考帧嵌入到关键段中,帧窗口内不属于关键段的其他帧的帧索引被嵌入到同一帧中。

3.如权利要求2所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法的关键帧的选择使用基于直方图比较方法即基于帧窗口中镜头变化的边界位置提取关键帧,对于每一帧j,计算差异特征值:

式中,histj表示帧j的强度直方图,b是强度值;

对于帧窗口内的任何其他帧j,满足d(k)≥d(j),通过选择关键帧k,如果关键帧到帧窗口中起始帧的距离小于g,k<g,将k替换g;同样,如果关键帧到帧窗口中最后一帧的距离小于g,k>wl-g,将k替换wl-g,选取的每个帧窗口长度基本相似,帧窗口中的关键帧都可以代表该帧窗口的内容。

4.如权利要求2所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法根据已有压缩方法构造内容参考帧r,首先对关键帧图像进行预处理,得到灰度关键帧,将灰度关键帧分解成若干个大小为8×8的块,根据每个块中边缘点的数量,分为四种类型;针对每个块应用dct变换,并通过标准jpeg量化表对dct系数进行量化;根据确定每种类型的量化系数的对应比特分配,直流系数被转换成无符号的二进制比特,交流系数被转换成有符号的二进制比特。

5.如权利要求2所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法的帧索引的构建是指帧窗口内帧j的帧索引ij=(nwj,j,dkj)包含以下信息:

1)包含帧j的帧窗口编号为nwj及帧号j;

2)在同一帧窗口中,帧j到关键帧k的距离dkj在g-wj和wj-g之间。

6.如权利要求2所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法的参考帧和帧索引的嵌入,每个参考帧都被视为一个比特序列,每个是比特的信息,其中表示编码符号长度,是编码符号的数量,关键段中的每个帧都被分解成个大小为的块,块的大小表示篡改位的精度表示:

式中,表示n表示帧分解的块数,b2表示块的大小,w表示监控视频宽度,h表示监控视频高度;

对于每一帧j,被分解的n个块表示为bj,1,...,bj,n,利用喷泉编码将参考帧嵌入这些块中bj,p,1≤p≤nandk-g≤j≤k+g,(2g+1)n块中的每个块都携带从参考帧r1,...,rn进行喷泉编码而获得的水印有效载荷符号,bj,p的相应水印有效载荷由wj,p表示,并计算为r1,...,rn的伪随机线性组合,wj,p的符号长度等于sl;验证水印由哈希函数bj,p和wj,p组成:

hj,p=hash(bj,p,wj,p,j,p,key)。

7.如权利要求2所述的视频篡改恢复处理方法,其特征在于,所述视频篡改恢复处理方法通过解码器同时检测帧内和帧间篡改包括:

首先,对帧内篡改检测的速度非常快,在帧内篡改检测模块中,监控视频被划分成多个长度为wl的帧窗口,在初始帧窗口中,确定关键帧k并从中提取验证水印(w′k,p,h′k,p),对于p=1,...n,提取的h′k,p等于:

对应于p,若关键帧k中的被认为是真实块,则设置ek,p=0;否则,设置ek,p=1,关键帧k的篡改率计算为:

关键帧k的误差图被定义为集合:

{ek,p|p=1,...,n};

若关键帧k中所有块被认为是真实的,移动至下一个窗口并重复上述步骤;若篡改率低于阈值ρ,tr<ρ,则恢复篡改块,通过提取嵌入在关键段中的恢复水印来恢复关键帧的参考帧,,将关键帧中认为已篡改的块被替换成从参考帧中的对应块;

在ρ<tr<1的情况下,则不能恢复篡改的块,并且解码器只能定位篡改,错误图表示被篡改块的位置;在tr=1的情况下,提取同一帧窗口内的帧索引,若提取的帧索引表示帧属于所选窗口并且已经正确排序,则重新寻找关键帧并确定其编号,重复上述步骤;否则,解码器判断为帧间篡改,并执行帧间篡改检测模块。

8.一种接收用户输入程序存储介质,所存储的计算机程序使电子设备执行权利要求任意一项所述包括下列步骤:将监控视频作为删除信道,通过删除信道传输由高度压缩的关键帧和定位数据组成的视频水印;采用喷泉编码嵌入水印并在解码器端进行提取,实现帧内篡改检测恢复和帧间篡改检测;帧间篡改检测从最后一个被验证为真实块的关键帧开始提取帧窗口内所有帧的帧索引,使用提取的帧索引区分插入或删除的帧,并确定新关键帧的位置;使用新的关键帧重复进行验证和恢复过程。

9.一种实施权利要求1~7任意一项所述视频篡改恢复处理方法的视频篡改恢复处理系统,其特征在于,所述视频篡改恢复处理系统包括:

删除信道建立模块,用于将监控视频作为删除信道;

视频水印组成模块,用于通过删除信道传输由高度压缩的关键帧和定位数据组成的视频水印;

水印嵌入和提取模块,用于采用喷泉编码嵌入水印并在解码器端进行提取;

恢复和检测模块,用于实现帧内篡改检测恢复和帧间篡改检测。

10.一种编码器,其特征在于,所述编码器安装有权利要求9所述的视频篡改恢复处理系统。


技术总结
本发明属于视频信息处理技术领域,公开了一种视频篡改恢复处理方法、系统、存储介质、编码器,将监控视频作为删除信道,通过删除信道传输由高度压缩的关键帧和定位数据组成的视频水印;采用喷泉编码嵌入水印并在解码器端进行提取,实现帧内篡改检测恢复和帧间篡改检测;帧间篡改检测从最后一个被验证为真实块的关键帧开始提取帧窗口内所有帧的帧索引,使用提取的帧索引区分插入或删除的帧,并确定新关键帧的位置;使用新的关键帧重复进行验证和恢复过程。本发明与传统的视频篡改恢复方法进行对比,使用发明提出的算法,恢复图像的质量明显更好,效率也比已有的算法更好,质量范围约为33.2‑41.6dB。

技术研发人员:沈玉龙;赵振;翟开放;胡天柱;刘宇娟
受保护的技术使用者:西安电子科技大学
技术研发日:2020.03.19
技术公布日:2020.08.07
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