数字视频帧间篡改检测方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种数字视频帧间篡改检测方法及系统，包括：获取待检测数字视频；将待检测数字视频转换为按时间排序的视频帧序列；获得按时间排序的差量矩阵序列；计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，根据所有的相似度获得待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图并判断该数字视频是否存在帧间篡改。由于在未被篡改的数字视频中的运动目标动作是连续的，使得相邻或相隔差量矩阵之间的帧间相似度/时间散点图也应当是平滑的，因此能够直接根据帧间相似度/时间散点图来判断数字视频是否存在帧间篡改，为数字视频篡改帧间检测提供更加高效、精确的可行性方案。

Detection method and system of digital video inter frame tampering

【技术实现步骤摘要】
数字视频帧间篡改检测方法及系统
本专利技术涉及视频检测
，具体是一种数字视频帧间篡改检测方法及系统。
技术介绍
目前数字视频在社会各领域被广泛使用，数字视频已经成为一种强大的信息传播方式。随着计算机软件应用技术的飞速发展，各种视频编辑软件层出不穷，视频篡改操作变得越来越傻瓜化，以至于没有任何专业知识的人只需要根据操作教程就能使用数字视频编辑软件能对视频进行随心所欲的篡改。一些目的性的篡改库被用在诸如事故鉴定司法取证、自媒体导向性宣传、大数据计算有效样本选择等方面。恶意篡改往往会带来一些严重的后果，破坏司法公正，损害新闻权威，影响社会稳定性。常见的数字视频内容篡改方法主要有以下几类：(1)删除。删除操作主要是通过将数字视频中的一部分帧序列移除或者切割帧，达到掩盖视频部分数据反映出的信息的目的。例如：从视频监控中删除某人路过的一段视频序列，实现视频场景中删除某人经过的所有信息。(2)替换。替换操作主要通过选取数字视频本身或者其他数字视频的一小部分，对被目标视频进行成段或局部内容替换。例如将视频中某人的脸替换为另一个人的脸，或者是选取视频的某一帧或多帧，替换掉相应长度的视频帧序列。(3)复制。复制操作会增加某一个物品在数字视频中出现的次数，通过选取某一特定区域或特定物品，进行复制-粘贴操作，让该物品出现在视频帧内的其他位置。或者是将某一帧复制多次，达到一个画面静止，掩盖某一事件发生事实的效果。不同的篡改操作，在不同的处理方式下，也会产生不同的篡改效果，篡改者往往会根据其目的采用不同的篡改方式。视频篡改相对于静态图片的篡改，尽管篡改难度更加大，技术要求更高，由于互联网以及软件行业的发展，更丰富的操作简便的视频编辑软件却使得人们对视频的篡改变得越来越容易。由于视频的真实性变得不再可靠，视频篡改检测研究也就变得十分必要。基于视频帧的篡改通常是复制、删除或移动视频帧。这种篡改会破坏原视频帧的相似度匹配，破坏相邻帧之间的连续性，使相邻帧与未篡改帧之间的差异明显。视频帧间的相似性匹配可以作为判断视频篡改的一个重要因素。汤超提出了一套基于视频帧全局纹理特征的帧间篡改检测方法。该方法利用一维Haar小波变换提取视频帧图像的低频分量作为测试帧序列。利用GIST的特征描述提取视频帧的全局纹理特征，针对视频帧复制、帧插入、帧删除篡改等问题，分别利用欧氏距离、相关系数和局部异常因子构造检测算法，设置识别规则，实现视频帧复制检测、帧插入检测和帧删除篡改检测。但其实施过程较为繁琐，检测速度较慢；在视频帧的全局纹理特征的提取过程容易受到噪声的影响，进而影响检测结果的精确度。
技术实现思路
本专利技术提供一种数字视频帧间篡改检测方法及系统，为数字视频篡改帧间检测提供更加高效、精确的可行性方案。为实现上述目的，本专利技术提供一种数字视频帧间篡改检测方法，包括以下步骤：步骤101，获取待检测数字视频；步骤102，将待检测数字视频转换为按时间排序的视频帧序列；步骤103，将视频帧序列中所有相邻的两个视频帧相减，获得按时间排序的差量矩阵序列；步骤104，计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，根据所有的相似度获得待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图；步骤105，在待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图出现跳变时，认为该数字视频存在帧间篡改。进一步优选的，所述步骤105之后还包括：步骤106，检测待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图中发生跳变的帧数与位置以及待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图中平滑部位的时间；根据上述结果识别发生帧间篡改的类型与位置。进一步优选的，步骤104中，所述计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，具体为：计算差量矩阵序列中所有间隔为1的两个差量矩阵之间的相似度。进一步优选的，步骤104中，所述计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，具体为：计算差量矩阵序列中所有间隔为2的两个差量矩阵之间的相似度。进一步优选的，所述步骤106包括：若检测到帧间相似度/时间散点图中平滑的区段出现连续的多帧相似度值突然变小的跳变然后恢复平滑,则判断该跳变位置处的视频帧图像发生单帧删除或单帧替换或单帧插入中的一种或多中篡改；若检测到帧间相似度/时间散点图中平滑的区段出现连续的多帧相似度值突然变大的跳变然后恢复平滑,则判断该跳变位置处的视频帧图像发生帧连续复制的篡改。进一步优选的，所述步骤102还包括：将视频帧序列中各视频帧图像以字符串处理、字符串编号的方式实现逐帧存储。进一步优选的，所述步骤104中，两个差量矩阵之间相似度的计算过程为：SSIM(x,y)＝[l(x,y)]α[c(x,y)]β[s(x,y)]γ式中，SSIM(x,y)表示差量矩阵x与差量矩阵y之间相似度；l(x,y)表示差量矩阵x与差量矩阵y的亮度比较、c(x,y)表示差量矩阵x与差量矩阵y的对比度比较、s(x,y)表示差量矩阵x与差量矩阵y的结构比较；μx与μy分别为差量矩阵x与差量矩阵y的平均值；σx与σy分别为差量矩阵x与差量矩阵y的标准差、σxy为差量矩阵x与差量矩阵y的协方差；α、β、γ、c1、c2、c3均为常数。为实现上述目的，本专利技术还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述方法的步骤。为实现上述目的，本专利技术还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。本专利技术提供的一种数字视频帧间篡改检测方法、计算机设备及存储介质，以将数字视频中相邻的视频帧图像相减的方式获得差量矩阵，进而对数字视频中的运动目标达到追踪效果，随后根据差量矩阵获得待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图，由于在未被篡改的数字视频中的运动目标动作是连续的，使得相邻或相隔差量矩阵之间的帧间相似度/时间散点图也应当是平滑的，因此能够直接根据帧间相似度/时间散点图来判断数字视频是否存在帧间篡改，为数字视频篡改帧间检测提供更加高效、精确的可行性方案。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。图1为本专利技术实施例中数字视频帧间篡改检测方法的流程示意图；图2为本专利技术实施例中视频帧序列的存储/提取示意图；图3为本专利技术实施例中相邻帧相减获得差量矩阵的示意图；图4为本专利技术实施例中实验过程中所采用的视频的单针图像示意图；图5为本专利技术实施例中实验过程中视频篡改前帧间相似度/时间散点图图6为本专利技术实施例中实验过程中视频篡改后帧间相似度/时间散点图。本专利技术目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。需要说明，本专利技术实施例中所有方向性指本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101，获取待检测数字视频；步骤102，将待检测数字视频转换为按时间排序的视频帧序列；步骤103，将视频帧序列中所有相邻的两个视频帧相减，获得按时间排序的差量矩阵序列；步骤104，计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，根据所有的相似度获得待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图；步骤105，在待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图出现跳变时，认为该数字视频存在帧间篡改。

【技术特征摘要】
1.一种数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤101，获取待检测数字视频；步骤102，将待检测数字视频转换为按时间排序的视频帧序列；步骤103，将视频帧序列中所有相邻的两个视频帧相减，获得按时间排序的差量矩阵序列；步骤104，计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，根据所有的相似度获得待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图；步骤105，在待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图出现跳变时，认为该数字视频存在帧间篡改。2.根据权利要求1所述数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，所述步骤105之后还包括：步骤106，检测待检测数字视频的帧间相似度/时间散点图中发生跳变的帧数与位置；根据上述结果识别发生帧间篡改的类型与位置。3.根据权利要求1所述数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，步骤104中，所述计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，具体为：计算差量矩阵序列中所有间隔为1的两个差量矩阵之间的相似度。4.根据权利要求1所述数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，步骤104中，所述计算差量矩阵序列中所有相邻或相隔的两个差量矩阵之间的相似度，具体为：计算差量矩阵序列中所有间隔为2的两个差量矩阵之间的相似度。5.根据权利要求2至4任一项所述数字视频帧间篡改检测方法，其特征在于，所述步骤106包括：若检测到帧间相似度/时间散点图中平滑的区段出现连续的多帧相似度值突然变小的跳变然后恢复平滑,则判...

【专利技术属性】
技术研发人员：王威，王新，聂志雄，
申请(专利权)人：长沙理工大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43