基于球环和非负矩阵分解的视频哈希方法技术

本发明专利技术提供了一种基于球环和非负矩阵分解的视频哈希方法，包括以下步骤：(1)预处理：将视频帧的尺寸标准化等；(2)时空图的生成：把归一化后的视频划分成不同的球环，这些球环被用来生成时空图；(3)视频哈希的生成：对视频产生的时空图应用非负矩阵分解，从而得到非负矩阵分解后的系数矩阵，即求得所要求的视频哈希。实验证明，本发明专利技术具有较好的鲁棒性和区分性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种视频哈希方法，尤其涉及一种基于非负矩阵分解和球环的视频哈 希方法，属于视频、多媒体信号处理

技术介绍
借助于网络和多媒体技术的迅速发展，视频每天正以数以万计的数量增长。尽管 视频数量的增加使我们的生活变得更加丰富多彩，但是由于网络的便捷和市面上各种数字 视频处理软件的存在，使得人们可以从网络上下载、在网上分享和发布任意形式的视频，在 分享传播过程中这些视频信息可能已经受到未知的人为修改或者非人为的攻击，从而造成 了网络上存在大量来源未知，并且经过非法复制，剪辑，修改和攻击的视频以及视频片段， 如何从这些数目繁多的视频中快速的完成视频的检索和查询成为研究的重中之重，视频哈 希就是解决此类问题的最常用的方法，它是描述视频内容的一种快速而有效的途径。 虽然传统的数字视频水印技术能够对视频进行检索，但是它要求所有视频在发布 之前都必须嵌入数字视频水印，这对于大量已存在的和新出现的未嵌入水印的视频无效， 所以在实际应用中是很难实现；而且数字视频水印的嵌入会导致视频的内容上发生一定的 变化和扭曲，这对视频的检索造成了 一定的困扰。 视频哈希（VideoHashing)与传统的数字视频水印技术不同，视频哈希是直接从 视频内容中提取特征来表征视频，并不在视频中嵌入任何信息，弥补了数字视频水印技术 的不足。其中一方面，视频哈希不需要在视频发布前进行视频特征的提取。另一方面，视频 特征提取的过程并不会改变原始视频的结构即不需要在视频上嵌入附加信息，它的这一特 性解决了数字视频水印技术中水印的不可见性和鲁棒性之间的矛盾，从而把视频哈希对于 常见攻击的鲁棒性提高了。利用视频哈希可以将一段视频独一无二的表征出来并且与其他 内容不同的视频进行区分，从而能够有效的完成视频内容认证和视频拷贝检测两大问题。 以便认证未知视频内容和提供产品的附加信息，对海量数字视频进行高效的管理，并且可 以对盗版视频进行版权鉴定，对非法传播进行实时监控，从而达到保护数字视频的版权内 容的目的。此外，视频哈希还可以应用于视频内容过滤、视频内容跟踪、基于内容的视频检 索等领域。由此可见，视频哈希对于多媒体版权战争至关重要，具有极大研究价值以及市场 应用前景。近年来，视频哈希已经成为了多媒体信息处理领域新的研究热点，随着研究的深 入，各式各样的算法相继被提出，目前的视频哈希算法大都是单独基于时域特征或者空域 特征的，但是这种单独基于时域特征或者空域特征的算法忽略了时空之间的联系，它们只 是关注了视频的某一方面的特征。
技术实现思路
本专利技术针对现有视频哈希存在的不足，提出了一种具有较好的鲁棒性和区分性的 基于非负矩阵分解和球环的视频哈希方法。该方法一方面利用了球环将时空特征结合起 来，更好的描述了视频；另一方面该方法还利用了非负矩阵分解对视频的高维数据进行降 维处理，提高了计算的效率。本专利技术利用球环中的像素的亮度特征构造视频哈希，采用的技 术方案如下： -种基于非负矩阵分解和球环的视频哈希方法，包括以下步骤： (1)预处理：在不改变视频内容的前提下，对视频进行预处理，得到视频正方体， 即共有m帧，且每帧的高度和宽度都为m，其中m为正整数； (2)时空图的生成：把归一化后的视频正方体划分成不同的球环，这些球环被用 来生成时空图； (3)哈希的生成：对视频产生的时空图应用非负矩阵分解，从而得到非负矩阵分 解后的系数矩阵，即求得视频哈希。 所述步骤（2)的具体实现步骤是： ①将预处理后得到的视频正方体的内切球以视频正方体中心为中心，划分成32 个体积相等的球环； ②将每个球环内的像素的亮度取出来形成一个亮度值集合，并对它按升序的方式 进行排序使之形成新的向量； ③对形成的新的向量进行插值使得每个向量中元素的个数都等于每个球环的体 积即球环内像素点的个数； ④由插值得到的向量组成时空图，其中每个向量都是时空图的一列。 所述步骤（3)的具体实现步骤是：利用非负矩阵分解对时空图进行降维分解，得 到系数矩阵C，依次连接矩阵C中所有的列从而生成矩阵H，H就是所求的视频哈希。 上述方法首先利用视频正方体的内切球将视频正方体划分成32个球环，然后提 取每个球环内像素点的亮度值作为特征，接着用球环的亮度值集合构造一个时空图，最后 对时空图用非负矩阵分解进行降维，把得到的系数矩阵的每一列依次连接起来就得到了视 频哈希。 本专利技术具有较好的鲁棒性和区分性，利用球环的方式形成时空图，利用非负矩阵 分解生成了视频哈希，把对视频的分析问题转化为对时空图分析的问题，从而了简化了问 题。【附图说明】 图1是仿真实验的结果图，其中图1(a)是随机丢帧攻击后的R0C曲线；图1(b)是 添加高斯白噪声攻击后的R0C曲线；图1(c)是高斯低通滤波攻击后的R0C曲线；图1(d)是 添加黑色边框攻击后的R0C曲线。 图2是本专利技术方法的步骤框架示意图。 图3是时空图建立的原理图。 图4是原始视频和各种攻击后的视频：(a)原始视频；(b)加入高斯噪声后的视 频；（c)遭受模糊攻击后的视频；（d)遭受黑框攻击后的视频。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术加以详细的说明。 本专利技术的方法按图1所示流程，包括如下具体步骤： (1)预处理 视频在传输的过程中，因为干扰和攻击会导致视频帧率和分辨率发生变化，为了 使视频哈希不受帧速率、分辨率改变的影响，增加算法的鲁棒性，我们提出了预处理。首先， 对于输入的视频，若视频的帧数大于L，则只取前L帧组成一个帧集合并让它代表该视频内 容；否则，取该视频的所有帧组成帧集合。接着对该帧集合进行降采样来减少数据量，即对 该视频集合等间隔的选取m帧来代表它。最后令从上一步骤选的m帧的每帧的高度和宽度 都为m，从而形成一个mXmXm大小的视频正方体并把每帧的彩色空间由RGB彩色图像转换 为YCbCr彩色空间。其中，L= 400，m= 64。 (2)时空图的生成 图2为时空图建立的原理图。图2是正方体中心的截面图，可以看到（a)截面图 被划分为8个圆环，也就是该正方体被划分成了 8个球环，（b)是由这些当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于非负矩阵分解和球环的视频哈希方法，其特征在于所述方法包括以下步骤：(1)预处理：在不改变视频内容的前提下，对视频进行预处理，得到视频正方体，即共有m帧，且每帧的高度和宽度都为m，其中m为正整数；；(2)时空图的生成：把归一化后的视频正方体划分成不同的球环，这些球环被用来生成时空图；(3)哈希的生成：对视频产生的时空图应用非负矩阵分解，从而得到非负矩阵分解后的系数矩阵，即求得所要求的视频哈希。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：聂秀山，柴彦娥，
申请(专利权)人：山东财经大学，
类型：发明
国别省市：山东;37