[發明專利]基于切比雪夫矩陣的視頻運動補償幀插值篡改的檢測方法

在審

• 申請號: 201910341719.4
• 申請日: 2019-04-26
• 公開（公告）號: CN110049205A
• 公開（公告）日: 2019-07-23
• 發明（設計）人: 丁湘陵;黃艷明
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: H04N5/14
• 分類號: H04N5/14;H04N7/01
• 代理公司: 深圳市興科達知識產權代理有限公司 44260
• 代理人: 王翀

本發明公開了一種基于切比雪夫矩陣的視頻運動補償幀插值篡改的檢測方法，本發明通過分析運動補償幀插值過程中引起的模糊效果或失真邊界或結構，利用切比雪夫矩優異的形狀描述能力，實現插值幀的檢測。本發明針對經過壓縮的和被污染的(出現瞬間模糊或噪聲)虛假高幀率視頻，能有效的檢測插值幀篡改，為真實環境的虛假高幀率視頻的檢測提供有效的方法。

技術領域

本方法涉及視頻信息安全領域，具體涉及一種基于視頻運動補償幀插值篡改的檢測方法。

背景技術

隨著視頻拍攝設備的普及，數字視頻豐富了我們的日常生活，也促進了視頻自拍和分享的流行。但是，很多拍攝設備，例如智能手機，拍攝質量不理想，視頻幀率達不到高清標準。為了能在視頻分享網站，例如抖音和優酷等，獲取較高的播放率，用戶可能將獲取的原始低幀率視頻分享到這些網站前可能通過簡單易操作的視頻編輯軟件，例如MVTools和MSU等將其幀率進行基于運動補償的視頻幀插值操作，合成出具有較少可視效應的虛假高幀率視頻。同時，視頻監控已經普及到我們日常生活，偽造者有時為了篡改某個時間段的視頻對象而需要將不同時間段不同攝像機拍攝的視頻拼接到一起，這中間可能由于不同攝像機拍攝存在不同的幀率視頻，偽造者必然會將這些視頻進行運動補償視頻幀插值以達到整個合成視頻幀率的一致。

運動補償幀插值(Motion compensation frame interpolation,MCFI)主要根據運動對象的運動軌跡在原始幀間插入新的視頻幀來實現視頻幀率篡改的操作。其中，運動對象的運動軌跡通過運動估計方法(Motion estimation,ME)估計，插值幀的生成利用運動補償合成方法(Motion compensation synthesis,MCS)產生。這種方式產生的新的視頻幀更符合視頻對象的運動規律，更逼近原始視頻幀，由此，使用這種方法生成的高幀率視頻不會留下任何明顯可見的視頻效應，更能滿足用戶的需求。這種方式也普遍集成到了高級的視頻編輯工具中，例如MSU或MVTools等。

視頻幀插值(Video frame interpolation,VFI)有兩種情況，一種情況是幀復制或幀平均，也就是說在兩個原始幀間插入的視頻幀為兩幀中的前一幀或是這兩幀對應像素點數值和的平均；這類方法在產生的上轉換視頻中容易出現人眼容易感知的鬼影或運動抖動現象；另一種情況就是發明涉及的運動補償幀插值MCFI。

針對第一種情況引起的幀率變化的鑒別，主要的步驟就是計算相鄰兩幀間的幀間相關性，也就是結構相似度SSIM，并對計算出來的相似度進行進一步的判斷，由于幀復制視頻上轉換方式生成的插入幀為插入點的前一幀的直接復制，這樣插入幀與前一幀間就具有一致的結構，也必然具有較高的結構相似度，一般都會大于等于99.5％閾值，所以一旦幀間相似度大于等于這個閾值，就可以將該幀判斷為插入幀，同時將該位置設置為1；而原始視頻幀間由于存在運動對象，運動對象發生變化，從而視頻幀間的結構必然相似度較低，所以，一旦小于閾值就判斷為原始幀，設置該位置為0，從而在視頻的時間軸方向就轉變為0,1值序列，由于視頻上轉換過程是周期性的在相鄰兩個原始幀間生成上轉幀，這樣上述生成的0，1序列必然呈現周期性，通過轉變到頻率域中分析可以得出最大幅值位置，從而計算出視頻原始幀率。

針對采用幀復制方式實現幀插值的篡改高幀率視頻，由于幀復制產生的視頻插入幀與前一幀相同，具有較高的結構相似度，而采用運動補償方式生成的插入幀充分考慮幀內運動對象的運動軌跡，在運動補償幀插值方法利用各種運動估計技術獲取運動對象的真實運動軌跡并在這個運動軌跡上采用運動補償策略生成符合運動規律的視頻幀，這類生成的視頻幀更加符合原始視頻幀，從而它與前一幀的結構相似度就會小于99.5％這個閾值，從而現有的針對幀復制判斷方法無法準確的定位它們。而本發明實現由運動補償幀插值方法產生的高幀率視頻中插值幀的檢測，能克服該專利或技術的缺點。