一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法技术

本发明专利技术涉及多媒体信息安全领域，更具体地，涉及一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法。其包括：提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列；计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt和频域特征比Qf；根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类。本发明专利技术根据P帧的平均残差序列在视频篡改前后会有不同的时域特性和频域特性，将时域特性和频域特性结合起来作为双重特征，并通过先验知识设置阈值对视频进行分类，能够有效检测H.264/AVC视频的删帧篡改操作，此检测方法的最终平均检测率达92%以上。

【技术实现步骤摘要】
一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法
本专利技术涉及多媒体信息安全领域，更具体地，涉及一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法。
技术介绍
随着计算机科学与技术的发展，数字视频几乎无处不在，人们可以用视频编辑软件轻而易举地编辑和篡改视频，常见的视频帧间篡改方法有帧删除、帧添加、帧替换和帧复制等。视频内容真实性的认证对法庭取证和版权保护等具有重要意义。视频数据量较大，所以需要对视频进行压缩。大多数视频是以压缩形式的码流存在的，要对视频进行篡改，首先就要将视频码流解码到像素域，进而在像素域篡改，最常见的篡改操作是删除视频的一些帧，删帧之后又需要将视频压缩成码流形式，便于存储或传输。删帧篡改操作会产生一些特别的效应，通过这些效应能判断视频是否经历了删帧。
技术实现思路
本专利技术为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷（不足），提供一种能够准确检测视频是否被删帧篡改的基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法。为解决上述技术问题，本专利技术的技术方案如下：一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法，包括：提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列；计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt和频域特征比Qf；根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类。上述方案中，所述提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列的具体步骤为：对H.264/AVC视频进行解码，在解码过程中提取每一个P帧的平均残差，得到P帧平均残差序列SARP1。上述方案中，计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt的具体步骤为：对于P帧平均残差序列，在每个GOP中找出平均残差最大的P帧的位置序数，将找到的位置序数构成一个特征向量S，计算所述特征向量S中每个元素出现的次数S(i)，并计算特征向量S的方差，将该方差的归一化值记为时域特征比Qt。上述方案中，计算P帧平均残差序列的频域特征比Qf具体步骤为：对该P帧平均残差序列进行离散时间傅里叶变换，得到幅频响应特性曲线，在[0，2π]范围内，求出π/4、π/2处的尖峰的较小值与零频率处尖峰值的比值，记为频域特征比Qf。上述方案中，根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类的具体步骤为：预设的时域阈值th1和频域阈值th2；将时域特征比Qt和频域特征比Qf分别与时域阈值th1和频域阈值th2进行比较，当满足Qt<th1且Qf<th2时，则判断视频没有经历删帧篡改，否则就判定是该视频为篡改视频。与现有技术相比，本专利技术技术方案的有益效果是：本专利技术中的H.264/AVC视频的帧间编码采用了预测编码方式，当前帧减去预测帧就可以得到残差帧，然后对残差帧进行整数余弦变换、量化、熵编码等一系列的操作，最终形成压缩的H.264/AVC视频码流。P帧的平均残差序列在视频篡改前后会有不同的时域特性和频域特性，将时域特性和频域特性结合起来作为双重特征，并通过先验知识设置阈值对视频进行分类，能够有效检测H.264/AVC视频的删帧篡改操作，此检测方法的最终平均检测率达92%以上。附图说明图1为本专利技术一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法具体实施例的流程图。图2为本专利技术具体实例中对视频进行删帧篡改操作的流程图。图3为本专利技术具体实例中删帧前视频的P帧平均残差序列图，即SARP1。图4为本专利技术具体实例中删帧后视频的P帧平均残差序列图，即SARP2。图5为本专利技术具体实例中SARP1在频域的幅频响应特性曲线图。图6为本专利技术具体实例中SARP2在频域的幅频响应特性曲线图。图7为本专利技术具体实例中联合时域阈值th1和频域阈值th2对篡改视频和未篡改视频的区分示意图。具体实施方式附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。下面结合附图和实施例对本专利技术的技术方案做进一步的说明。如图1所示，为一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法具体实施例的流程图。参见图1，本实施例一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法的具体步骤包括：S101.提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列；S102.计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt和频域特征比Qf；S103.根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类。在具体实施过程中，步骤S101中提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列的具体步骤为：对H.264/AVC视频进行解码，在解码过程中提取每一个P帧的平均残差，得到P帧平均残差序列SARP1。在具体实施过程中，步骤S102中计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt的具体步骤为：对于P帧平均残差序列，在每个GOP中找出平均残差最大的P帧的位置序数，将找到的位置序数构成一个特征向量S，计算所述特征向量S中每个元素出现的次数S(i)，并计算特征向量S的方差，将该方差的归一化值记为时域特征比Qt。在具体实施过程中，步骤S102中计算P帧平均残差序列的频域特征比Qf具体步骤为：对该P帧平均残差序列进行离散时间傅里叶变换，得到幅频响应特性曲线，在[0，2π]范围内，求出π/4、π/2处的尖峰的较小值与零频率处尖峰值的比值，记为频域特征比Qf。在具体实施过程中，步骤S103中根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类的具体步骤为：预设的时域阈值th1和频域阈值th2；将时域特征比Qt和频域特征比Qf分别与时域阈值th1和频域阈值th2进行比较，当满足Qt<th1且Qf<th2时，则判断视频没有经历删帧篡改，否则就判定是该视频为篡改视频。下面结合具体的实例对本专利技术的技术方案进行进一步的阐述。视频删帧过程如图2所示，在视频摄像机中有硬件芯片完成视频的编码功能，形成视频码流供存储或传输。视频删帧篡改需要将视频码流解码到像素域，删帧篡改后，再压缩成视频码流。如图2所示，对H.264/AVC视频的删帧篡改操作和对的删帧篡改后的视频进行检测的具体实施方式如下：（1）采用H.264/AVC的编码器x264对原始的视频YUV0进行压缩编码，形成H.264/AVC视频，编码帧类型的基本GOP结构（含4个P帧）设置为IBBPBBPBBPBP。（2）利用H.264/AVC的解码器对H.264/AVC视频进行解码，解码得到的视频记为YUV1，在解码过程中可以提取每一个P帧的平均残差，得到YUV1的P帧平均残差序列SARP1，该方法中用到的GOP个数为20，总共含有80个P帧，故SARP1共有80个值，该SARP1的序列图如图3所示。（3）利用视频编辑软件对YUV1视频进行删帧，删除帧数为1-11帧，形成11个新的视频，记这些删帧篡改后的视频为YUV2。（4）对这些YUV2视频进行与步骤（1）相同的压缩，形成篡改后的H.264/AVC视频码流。（5）对这些篡改后的H.264/AVC视频码流进行解码，得到P帧平均残差序列本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法，其特征在于，包括：提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列；计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt和频域特征比Qf；根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设的时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类。

【技术特征摘要】
1.一种基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法，其特征在于，包括：提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列；计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt和频域特征比Qf；根据时域特征比Qt和频域特征比Qf与预设时域阈值th1和频域阈值th2对删帧篡改视频和非删帧篡改视频进行分类；计算P帧平均残差序列的时域特征比Qt的具体步骤为：对于P帧平均残差序列，在每个GOP中找出平均残差最大的P帧的位置序数，将找到的位置序数构成一个特征向量S，并计算特征向量S的方差，将该方差的归一化值记为时域特征比Qt。2.根据权利要求1所述的基于H.264/AVC视频的删帧篡改检测方法，其特征在于，所述提取H.264/AVC视频的P帧平均残差序列的具体步骤为：对H.264/AVC视频进行解码，在解码过程中提取每一个P帧的平均残差，得到P帧平均残差...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘红梅，李颂涛，黄继武，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：