CN108650491A - 一种面向监控系统的视频水印检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种面向监控系统的视频水印检测方法，该方法包括：通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码；通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥；通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文；对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息。本发明的方法可以对不同的监控系统中有着完全不同的水印信息码的视频进行检测，该检测方法充分结合视频中每帧视频的特定属性生成水印信息码，对同源视频的攻击有较高的防御性。

Description

一种面向监控系统的视频水印检测方法

技术领域

本发明涉及于信息安全技术领域，特别是涉及一种面向监控系统的视频水印检测方法。

背景技术

随着平安城市的启动和建设，我国基本实现了视频监控系统的全面覆盖，其已成为保障人民人身和财产安全的有力手段和重要支持。监控摄像用以记录潜在的突发事件和犯罪行为，并在必要时作为司法证据使用。然而，暴露在公网环境下的大量监控设备面临被攻击的风险，人们可以利用多媒体处理技术轻而易举地对数字图像、视频进行篡改。由于篡改后的图像和视频没有易于察觉的篡改痕迹，人们无法鉴别内容的真实性，导致眼见不再为实。如何检验监控视频在传输或存储期间是否被非法人员篡改，从而认证视频的可靠性和真实性，是研究人员所面临的挑战。

目前，常用的检测监控视频的方法主要是基于模式噪声聚类分析的视频源，该方法的实现过程如下：首先对视频帧进行去噪处理以获得当前视频帧的模式噪声，之后对噪声值进行聚类处理，若存在离群点则说明视频已被伪造。由于未伪造的视频帧噪声的统计特性基本相同，而伪造后的噪声则不同，因此该技术能够有效的识别视频来源，并能对异源视频伪造和帧内复制粘贴的攻击有很好的检测效果。

但是，该检测方法无法检测同源视频的替换、插入以及删除的情况。并且传统的视频水印算法需要将水印信息提前嵌入到视频内容中，传统的视频水印算法必须要与监控视频的压缩编码标准相结合，经过视频编码处理后，会造成部分水印信息的丢失而引起水印残缺。

发明内容

为解决现有技术存在的技术缺陷和不足，本发明提出一种面向监控系统的视频水印检测方法。

具体地，本发明一个实施例提出的一种面向监控系统的视频水印检测方法，包括：

通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码；

通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥；

通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文；

对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息。

在本发明的一个实施例中，所述视频信息包括设备号、通道号、时间戳和视频序列号。

在本发明的一个实施例中，通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码，包括：

获取所述视频对应的摄像设备的所述设备号和所述通道号；

获取所述视频对应的时间戳；

获取所述视频的原始视频序列号，根据视频序列号计算公式计算得到所述视频序列号；

根据所述设备号、通道号、时间戳和视频序列号获取所述视频的水印信息码。

在本发明的一个实施例中，所述视频序列号计算公式为：

FrameID＝((OriginalFrameID)mod15)+1

其中，FrameID为视频序列号，OriginalFrameID原始视频序列号，mod为两个数值表达式作除法运算后的余数。

在本发明的一个实施例中，所述特征信息为模式噪声。

在本发明的一个实施例中，通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥，包括：

从所述视频中获取原视频帧；

利用维纳滤波方法对所述原视频帧进行去噪处理以获取所述视频的视频帧；

将所述原视频帧与所述视频的视频帧进行做差处理以获取原视频帧的噪声；

求取所述原视频帧的噪声平均值以获取所述模式噪声，通过所述模式噪声获取所述视频的密钥。

在本发明的一个实施例中，通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文，包括：

对所述密钥进行二进制转换以获取检测密钥；

将所述检测密钥和所述水印信息码进行异或处理以获取所述视频的水印密文。在本发明的一个实施例中，在通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文之后，还包括：

将所述水印密文嵌入到所述视频的待嵌入分块。

在本发明的一个实施例中，将所述水印密文嵌入到所述视频，包括：

提取所述视频的双向帧B；

通过所述双向帧B确定所述视频的待嵌入分块；

将所述水印密文嵌入到所述视频的待嵌入分块。

在本发明的一个实施例中，对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息，包括：

对所述密钥进行二进制转换以获取检测密钥；

将所述检测密钥和所述水印密文进行异或处理以获取所述视频的水印信息码；

通过所述视频的水印信息码确定所述视频的修改信息。本发明实施例，具备如下优点：

本发明的方法可以对不同的监控系统中有着完全不同的水印信息码的视频进行检测，该检测方法充分结合视频中每帧视频的特定属性生成水印信息码，对同源视频的攻击有较高的防御性。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为本发明实施例提供的一种面向监控系统的视频水印检测方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种面向监控系统的视频水印检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

实施例一

请参见图1和图2，图1为本发明实施例提供的一种面向监控系统的视频水印检测方法的流程示意图，图2为本发明实施例提供的一种面向监控系统的视频水印检测方法的流程图。该方法包括：

步骤1、通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码；

步骤2、通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥；

步骤3、通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文；

步骤4、对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息。

本发明的检测方法对于处于同一通道，但在不同的监控系统中的视频，即使该视频具有完全不同的水印信息码也能够进行检测，确定检测的视频是否存在视频被篡改的情况，该检测方法充分结合了视频中每帧视频的特定属性生成水印信息码，对同源视频的攻击有较高的防御性。

其中，视频信息包括设备号、通道号、时间戳和视频序列号，视频信息主要是用来对生成水印信息码。

水印信息码是向数据多媒体(如图像、声音、视频信号等)中添加某些数字信息以达到文件真伪鉴别、版权保护等功能。

为了更好的对本发明的视频检测方法进行说明，本实施例将对该检测方法进行详细介绍，该检测方法包括：

S1、获取视频的视频信息，其中，视频信息包括设备号、通道号、时间戳和视频序列号；

S11、获取摄像头在对应的视频监控系统中的设备号和通道号；

具体地，对同一摄像头，在不同的视频监控系统中摄像头所拍摄的视频有着不同的存储方式，相应的，同一摄像头在不同的视频监控系统中也会对应着不同的设备号、通道号，这些信息是依据视频监控系统的数据库而建立的，针对不同的视频监控系统设备号和通道号都具备单一性，因此，本实施例将摄像头在对应视频监控系统中的设备号、通道号作为视频水印信息码的一部分来对视频进行检测和定位。

S12、获取视频的时间戳；

具体地，时间戳代表视频的当前时间信息，时间戳也是表征视频帧特征的重要属性，时间戳对于视频序列来说是独一无二的，因此本实施例将时间戳作为视频水印信息码的一部分来对视频进行检测和定位。

S13、获取视频的视频序列号；

对于一个视频序列来说，视频的原始视频序列号是固定的，当视频发生时域上的伪造时，原始视频序列号将发生变化，因此视频帧的原始视频序列号也可以作为水印信息码的一部分来对视频进行检测和定位。但是对于视频来说，视频的原始视频序列号过大，在本发明中，获取视频的原始视频序列号后，将原始视频序列号根据视频序列号计算公式得到该视频的视频序列号，其计算公式如下：

FrameID＝((OriginalFrameID)mod15)+1

其中，FrameID为视频序列号，OriginalFrameID原始视频序列号，mod为两个数值表达式作除法运算后的余数。

S2、根据设备号、通道号、时间戳和视频序列号生成视频的水印信息码；

将视频监控系统数据库中获取的设备号、通道号、时间戳和视频序列号进行融合，可以有效地对视频帧进行区分。

具体地，首先获取设备号、通道号、时间戳和视频序列号的原始数据；之后获取设备号、通道号、时间戳和视频序列号的存储信息量，如bit的位数；将设备号、通道号、时间戳和视频序列号的原始数据进行二进制转换，转换后的设备号、通道号、时间戳和视频序列号的数据需与对应的存储信息量的位数相一致，从而获取最终的水印信息码结构。

为了更好的理解水印信息码的生成方法，本实施例将举例说明水印信息码的生成方法。

水印信息码的原始数据如表1所示，其中，DeviceID为设备号，其原始数据设定为1，CameraID为通道号，其原始数据设定为1，FrameID为视频序列号，其原始数据设定为1，TimeStamp为时间戳，其原始数据设定为481522543。

表1水印信息码原始数据

DeviceID	CameraID	FrameID	TimeStamp
				1	1	1	481522543

设定设备号的存储信息量为12bit，通道号的存储信息量为8bit，视频序列号的存储信息量为4bit，TimeStamp的存储信息量为32bit。对设备号、通道号、时间戳和视频序列号的原始数据分别进行二进制转换，若对应的原始数据转换后不够相应位数的，则在其前面通过补充0满足相应的位数要求，水印信息码的转换结果如表2所示。

表2转换后的水印信息码数据

在不同的水印信息码算法中，水印信息码的类型也各不相同。水印信息码可以是一个随机序列，一个二值图像，也可以是一个字符串。相比来说，本发明选取的水印信息码标识比随机序列、二值图像或字符串更能体现每帧视频的属性，对同源视频的攻击有高的防御能力。

S3、通过视频的特征信息获取视频的密钥；

优选地，特征信息为模式噪声。

S31、从视频中获取一帧原视频帧；

S32、利用基于小波的维纳滤波方法对该原视频帧进行去噪处理以获取视频帧；

S33、将原视频帧与去噪后的视频帧进行做差处理，得到当前视频的原视频帧的噪声；

S34、利用步骤S31～S33的方法获取视频中的所有原视频帧的噪声；

S35、对所有原视频帧的噪声进行累加处理，并求取该视频的平均值，从而确定该视频的模式噪声，将模式噪声做为该视频的密钥。

具体地，将模式噪声值输出为用1和0表示的数字序列，用以作为密钥生成的伪随机序列。由于模式噪声值是CCD(charge coupled device)图像传感器的固有属性，不同的CCD图像传感器的模式噪声值也不同，能够保证密钥的唯一性。同时，选取视频帧的模式噪声属性作为密钥也可以提高水印算法的安全性。如果模式噪声被修改，也就意味着密钥发生变化，那么提取出来的水印信息码信息也会发生变化，这意味着在视频中存在伪造事件。

通常，传统的水印算法的安全性是由它的密钥决定的，因此选取一个高安全系数的密钥是非常重要的。在视频监控系统中，特别是水印算法公开的系统中，密钥对于安全性是十分重要的，它可以用于制作水印信息码、嵌入水印信息码和提取水印信息码。本发明是根据视频的自身特征生成的密钥，可以使水印信息码系统更加安全。且本发明选取视频帧的模式噪声属性作为密钥，当视频内容被伪造时，水印信息码值会随之发生变化；同样地，当噪声数据被伪造时，水印信息码值也同样会随之发生变化。因此将模式噪声耦合在水印信息码中，可以提高视频的安全性，能够更加准确的判断视频是否被伪造。

S4、通过视频的水印信息码和密钥获取视频的水印密文；

S41、将获取的密钥进行二进制转换；

S42、将视频的水印信息码和进行二进制转换后的密钥进行异或处理已得到加密后的水印密文。

异或处理的原则是如果同时拥有加密的水印密文和加密的密钥，就能够对其正确解密。

例如，如步骤2中生成的水印信息码经异或处理后得到加密后的56位水印密文。

S5、将水印密文嵌入到视频中；

S51、选取视频对应的GOP(Group Of Pictures，画面组)结构，将GOP结构的双向帧B按照指定大小进行分块，从所有分块中找出平均亮度最大的分块作为待嵌入分块；

其中，块由像素点组成。

优选地，指定大小为4*4、8*8或16*16，但不限于此。

S52、通过修改待嵌入分块的AC系数(交流分量)值，使待嵌入分块中嵌入指定位数的水印密文，直至所选的水印密文全部嵌入待嵌入分块中。其中，水印密文的嵌入的顺序为ZigZag排序(ZigZag为"之"字形排序)

优选地，通过修改待嵌入分块的AC系数值的最低有效位，使待嵌入分块中嵌入指定位数的水印密文。

优选地，指定位数可设置为1bit。

视频可以看作是一个连续的视频帧的集合，或者是GOP结构的一组被定义为视频帧的图片，一个GOP是一组连续的画面，一个视频可以看成是多个GOP的组合。它遵循一个预定义的帧模式，帧模式由帧内帧I，双向帧B和预测帧P组成，它们之间具有时间依赖的关系。当一个视频在删除或者添加一组视频帧后，GOP结构将被破坏。因此，本实施例选取在GOP结构中嵌入水印信息码。

在GOP结构中，修改双向帧B引起的失真不会影响其他视频帧，且人眼视觉系统对色差分量的敏感度低于亮度分量，因此，与传统变换域嵌入算法相比，本发明采用空间域水印信息码，将水印信息码直接嵌入到双向帧B的色差分量中，无需考虑视频的编码格式，无需担心水印信息码的信息丢失，且该嵌入方法复杂度低于传统的嵌入方法。

S6、水印信息码的提取和检测；

S61、根据步骤3获取密钥，对该密钥进行二进制转换，从而生成检测密钥；

S62、将视频中检测到的水印密文和其对应的检测密钥进行异或处理，得到视频的水印信息码，通过提取的视频的水印信息码确定视频是否被修改，若加水印信息码的视频没有被修改，则从视频中检测到的水印信息码必须是完整且连续的；若检测到的水印信息码不是完整且连续的，那说明视频已经发生某种修改。

当对视频进行检测时，若视频已经发生某种修改，那么可以根据提取的视频序列号判断视频中每两个关键帧之间是否存在帧删除、帧添加、帧替换等操作。

相比传统不可逆的水印算法，本发明实现了可逆的水印算法，水印信息码提取后可与数据库进行比对，适用于视频监控系统的后期维护和调查取证。

综上所述，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种面向监控系统的视频水印检测方法，其特征在于，包括：

通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码；

通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥；

通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文；

对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述视频信息包括设备号、通道号、时间戳和视频序列号。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，通过视频的视频信息获取所述视频的水印信息码，包括：

获取所述视频对应的摄像设备的所述设备号和所述通道号；

获取所述视频对应的时间戳；

获取所述视频的原始视频序列号，根据视频序列号计算公式计算得到所述视频序列号；

根据所述设备号、通道号、时间戳和视频序列号获取所述视频的水印信息码。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述视频序列号计算公式为：

FrameID＝((OriginalFrameID)mod15)+1

其中，FrameID为视频序列号，OriginalFrameID原始视频序列号，mod为两个数值表达式作除法运算后的余数。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述特征信息为模式噪声。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，通过所述视频的特征信息获取所述视频的密钥，包括：

从所述视频中获取原视频帧；

利用维纳滤波方法对所述原视频帧进行去噪处理以获取所述视频的视频帧；

将所述原视频帧与所述视频的视频帧进行做差处理以获取原视频帧的噪声；

求取所述原视频帧的噪声平均值以获取所述模式噪声，通过所述模式噪声获取所述视频的密钥。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文，包括：

对所述密钥进行二进制转换以获取检测密钥；

将所述检测密钥和所述水印信息码进行异或处理以获取所述视频的水印密文。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在通过所述水印信息码和所述密钥获取所述视频的水印密文之后，还包括：

将所述水印密文嵌入到所述视频的待嵌入分块。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将所述水印密文嵌入到所述视频的待嵌入分块，包括：

提取所述视频的双向帧B；

通过所述双向帧B确定所述视频的待嵌入分块；

将所述水印密文嵌入到所述视频的待嵌入分块。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，对所述水印密文进行检测确定所述视频的修改信息，包括：

对所述密钥进行二进制转换以获取检测密钥；

将所述检测密钥和所述水印密文进行异或处理以获取所述视频的水印信息码；

通过所述视频的水印信息码确定所述视频的修改信息。