基于噪聲水平估計(jì)的視頻運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)取證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多媒體信息安全，特別是一種基于噪聲水平估計(jì)的視頻運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率 上轉(zhuǎn)取證方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著社交網(wǎng)絡(luò)普及與數(shù)碼相機(jī)低廉化、便攜化，人們?cè)絹碓较Ｍ谂臄z生活畫面 上傳至互聯(lián)網(wǎng)與親友分享，這種需求也催生了商業(yè)行為：拍攝者可自制視頻吸引網(wǎng)民點(diǎn)擊， 以點(diǎn)擊量或流量為視頻網(wǎng)站創(chuàng)收，獲得經(jīng)濟(jì)回報(bào)。高清視頻所要求的幀率（時(shí)間分辨率） 較高，可獲得良好的主觀視覺質(zhì)量，更吸引網(wǎng)民的關(guān)注，因此拍攝者常利用廉價(jià)的網(wǎng)絡(luò)攝像 頭獲取低幀率視頻，再借助視頻編輯軟件提升幀率，使之滿足高清碼率。通過幀率上轉(zhuǎn)處理 過的高清視頻以騙取觀眾點(diǎn)擊量與網(wǎng)絡(luò)流量為目的，極大地?fù)p害了網(wǎng)民的經(jīng)濟(jì)利益。為了 打擊這種不良的商業(yè)行為，捍衛(wèi)觀眾的知情權(quán)，急需可甄別幀率上轉(zhuǎn)操作的數(shù)字取證方法， 以抵制偽尚清視頻在互聯(lián)網(wǎng)上的肆意傳播。
[0003] 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)換利用視頻幀間物體的運(yùn)動(dòng)軌跡預(yù)測(cè)內(nèi)插幀，與幀復(fù)制和幀平 均等簡(jiǎn)單的幀率上轉(zhuǎn)方法相比，其偽造的高清視頻主觀視覺質(zhì)量更佳，更具有迷惑性，因此 篡改者常使用該方法編輯低幀率視頻。然而，目前在視頻認(rèn)證技術(shù)方面，對(duì)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率 上轉(zhuǎn)換操作的鑒別仍沒有安全可靠的視頻防偽技術(shù)手段。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對(duì)上述情況，為克服現(xiàn)有技術(shù)之缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種基于噪聲水 平估計(jì)的視頻運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)取證方法，可有效解決在視頻認(rèn)證技術(shù)方面，對(duì)于運(yùn)動(dòng)補(bǔ) 償幀率上轉(zhuǎn)換操作的視頻安全防偽問題。
[0005] 本發(fā)明解決的技術(shù)方案是，首先計(jì)算待鑒定視頻各幀表征噪聲水平的高斯分布標(biāo) 準(zhǔn)差，獲得標(biāo)準(zhǔn)差序列；再依次對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差序列進(jìn)行傅立葉變換獲得傅立葉頻譜，對(duì)傅立葉頻 譜作高通濾波，并進(jìn)行顯著性增強(qiáng)處理，提取頻譜尖峰，并從中分離出異常尖峰集；最后，利 用頻譜尖峰和異常尖峰子集計(jì)算可信度，根據(jù)可信度設(shè)置閾值，當(dāng)可信度大于閾值，則待鑒 定視頻為由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)換編輯過的偽造視頻，否則為原始視頻。
[0006] 本發(fā)明方法新穎獨(dú)特，易操作，使用效果好，可有效解決視頻的防偽問題，保證視 頻運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)換的安全，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益巨大。
【附圖說明】
[0007] 圖1為本發(fā)明運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)域插幀的流程圖。
[0008] 圖2為本發(fā)明的流程圖。
[0009] 圖3為本發(fā)明分離異常尖峰集方法的流程圖。
[0010] 圖4為本發(fā)明CIF格式的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試序列Football原始視頻與對(duì)應(yīng)偽造視頻的標(biāo) 準(zhǔn)差序列曲線圖。
[0011] 圖5為本發(fā)明CIF格式的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試序列Football原始視頻準(zhǔn)差序列的頻譜分析 圖。
[0012] 圖6為本發(fā)明CIF格式的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試序列Football偽造視頻標(biāo)準(zhǔn)差序列的頻譜分 析圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013] 以下結(jié)合具體情況對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作詳細(xì)說明。
[0014] 本發(fā)明在具體實(shí)施中，由以下步驟實(shí)現(xiàn)：
[0015] (1)計(jì)算待鑒定視頻各幀表征噪聲水平的高斯分布標(biāo)準(zhǔn)差，獲得標(biāo)準(zhǔn)差序列，方法 是：提取第t幀視頻幀的亮度成份ft，t = 1，2,…，T，T為視頻序列總幀數(shù)，由式（1)計(jì)算 一級(jí)小波分解的最高頻子帶系數(shù)：
[0017] 其中，（m，η)為像素位置坐標(biāo)，X表示卷積運(yùn)算，偶數(shù)索引n = 2k、m = 2k，k彡0， 代表非負(fù)處計(jì)算卷積時(shí)進(jìn)行濾波和用2下采樣，心和h分別是有限長(zhǎng)低通和高通濾波器 組，由4階Symlets小波基抽取而成，分別組成如下：
[0020] 利用最高頻子帶系數(shù)^計(jì)算視頻幀的噪聲標(biāo)準(zhǔn)差如下：
[0022] 其中Median(Wj表示取輸入向量^的中值，|W fMedian(Wj |表示取輸入向量 '-Median(?%)的絕對(duì)值，Median(|'-Median(?%) |)表示取輸入向量 |'-Median(?%) 的中值；
[0023] (2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差序列進(jìn)行傅立葉變換獲得傅立葉頻譜，其變換公式為：
[0025] 其中T為視頻序列總幀數(shù)，F(xiàn)(k)為傅立葉頻譜，e i(x)為復(fù)指數(shù)函數(shù)；
[0026] (3)對(duì)傅立葉頻譜作高通濾波，并進(jìn)行顯著性增強(qiáng)處理，方法是：
[0027] 對(duì)傅立葉頻譜F (k)作高通濾波處理，具體為：
[0029] 其中戶⑷為高頻濾波后的傅立葉頻譜，d取0. 12 ·Τ的整數(shù)部分，對(duì)戶⑷顯著性增 強(qiáng)處理如下：
[0031] 其中S(k)為高頻譜的顯著分布譜；
[0032] (4)提取頻譜尖峰，并從中分離出異常尖峰集，提取S(k)尖峰值，非尖峰置0,生成 尖峰譜P (k)，分離異常尖峰集，方法為：
[0033] 計(jì)算尖峰譜P (k)的均值Ep，設(shè)定異常閾值Thri= 0. 8E p，對(duì)P (k)作硬閾值處理， 即低于他^的尖峰置0,否則P (k)保持不變，非0尖峰并入異常尖峰集，重復(fù)操作，直至異 常尖峰子集元素不發(fā)生變化為止；
[0034] (5)利用頻譜尖峰和異常尖峰子集計(jì)算可信度，根據(jù)可信度設(shè)置閾值，當(dāng)可信度大 于閾值，則待鑒定視頻為由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)換編輯過的偽造視頻，否則為原始視頻，可信 度的計(jì)算公式如下：
[0036] 其中#為由異常尖峰集/>(/〇構(gòu)造的向量，&為異常尖峰集/>0)的容量，P為由尖峰 譜P(k)構(gòu)造的向量，Max(幻湘Mean⑵分別為取#的最大值和取P的平均值，當(dāng)CV值大 于Thr2,則認(rèn)定視頻為由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償幀率上轉(zhuǎn)換編輯過的偽造視頻，否則為原始視頻。
[0037] 以下結(jié)合附圖做進(jìn)一步說明：
[0038] 偽造視頻中的內(nèi)插幀經(jīng)過如圖1所示的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償時(shí)域內(nèi)插流程產(chǎn)生。首先進(jìn)行運(yùn) 動(dòng)估計(jì)，產(chǎn)生原始視頻中待插幀ft相鄰幀f t :和f t+1的運(yùn)動(dòng)向量場(chǎng)；然后利用運(yùn)動(dòng)平滑算法 糾正運(yùn)動(dòng)向量場(chǎng)中的異常運(yùn)動(dòng)向量；最后，利用運(yùn)動(dòng)向量場(chǎng)根據(jù)ft i和f t+1內(nèi)插出新幀f t。 針對(duì)上述由運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償插幀完成幀率上轉(zhuǎn)換的偽造視頻，圖2展示了可有效鑒別運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償上 轉(zhuǎn)換操作的本發(fā)明流程，其具體包括如下步驟：
[0039] (S. 1)計(jì)算待鑒定視頻各幀表征噪聲水平的高斯分布標(biāo)準(zhǔn)差，獲得標(biāo)準(zhǔn)差序列。利 用視頻幀的一級(jí)小波分解最高頻子帶系數(shù)計(jì)算噪聲標(biāo)準(zhǔn)差如下：
[0041] 其中Median(')表示取輸入向量'的中值，|W fMedian(') I表示取輸入向量 '-Median(?%)的絕對(duì)值，Median(|'-Median(?%) |)表示取輸入向量 |'-Median(?%) 的中值,?%表示由最高頻子帶系數(shù)組成的向量，其元素按下式計(jì)算：
[0043] 其中（m，η)為像素位置坐標(biāo)，X表示卷積運(yùn)算，偶數(shù)索引n = 2k和m = 2k(k彡0) 代表非負(fù)處計(jì)算卷積時(shí)進(jìn)行濾波和用2下采樣。屺和h分別是有限長(zhǎng)低通和高通濾波器 組，它們由4階Symlets小波基抽取而成，組成如下：
[0045] h* =[-0· 0322, -0· 0126, 0· 0992, 0· 2979, -0· 8037, 0· 4976, 0· 0296, -0· 0758];
[0046] (S. 2)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差序列進(jìn)行傅立葉變換獲得傅立葉頻譜，以檢測(cè)周期性特征，具體 是：
[0048] 其中T為視頻序列總幀數(shù)，F(xiàn)(k)為傅立葉頻譜，e i(x)為復(fù)指數(shù)函數(shù)。
[0049] (S. 3)對(duì)傅立葉頻譜作高通濾波，具體如下：
[0051] 其中#〇)為高頻濾波后的傅立葉頻譜，d取0. 12 · T的整數(shù)部分。接著對(duì)F⑷顯 著性增強(qiáng)處理，具體如下：
[0053] 其中