CN114128297A - 运动图像编码装置、运动图像编码方法、运动图像篡改判定方法及运动图像篡改判定程序 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种对包含时间上连续的帧的运动图像进行编码的运动图像编码装置(100)。运动图像编码部(20)输出对运动图像进行编码而得到的比特流。位置信息生成部(14)基于表示帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息。编码信息获取部(22)根据位置信息，获取运动图像的编码信息。检查信息生成部(30)根据编码信息来生成检查信息。复用部(40)对比特流和检查信息进行复用。
Description
技术领域
本发明涉及用于检测运动图像的篡改的运动图像编码技术以及运动图像篡改判定技术。
背景技术
通过运动图像编码技术，对运动图像进行压缩编码并保存，或者将其经由网络进行流分发，变得容易。然而，如使恶意的第三者无法对运动图像进行篡改那样提高安全性，或者在有篡改的情况下要求能够检测到篡改。特别是，在存在汽车事故、犯罪等的情况下，记录在行车记录仪中的运动图像有时也被用于警方调查信息、或者庭审的证据等，需要保证未被篡改。
在专利文献1中，公开了：为了检测仅替换了当前帧的篡改而将当前帧的前一帧的码信号嵌入在当前帧中的运动图像压缩技术。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-68318号公报。
发明内容
行车记录仪等运动图像记录装置以固定间隔对文件进行分割来记录运动图像。在专利文献1所记载的运动图像压缩技术中，由于利用当前帧的前一帧的码信号来检测篡改，所以无法应对文件分割后的运动图像压缩编码流。
本发明是鉴于这样的状况而完成的，其目的在于，提供一种用于可靠地检测运动图像的篡改的图像编码技术以及运动图像篡改判定技术。
为了解决上述课题，本发明的一种方式的运动图像编码装置(100)是对包含时间上连续的帧的运动图像进行编码的运动图像编码装置(100)，包括：运动图像编码部(20)，输出对所述运动图像进行编码而得到的比特流；位置信息生成部(14)，基于表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；编码信息获取部(22)，根据所述位置信息，获取所述运动图像的编码信息；检查信息生成部(30)，根据所述编码信息，生成检查信息；以及复用部(40)，对所述比特流和所述检查信息进行复用。
本发明的另一方式是运动图像编码方法。该方法是对包含时间上连续的帧的运动图像进行编码的运动图像编码方法，包括：运动图像编码步骤，输出对所述运动图像进行编码而得到的比特流；位置信息生成步骤，基于表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；编码信息获取步骤，基于所述位置信息，获取所述运动图像的编码信息；检查信息生成步骤，根据所述编码信息，生成检查信息；以及复用步骤，对所述比特流和所述检查信息进行复用。
本发明的又一方式是运动图像篡改判定方法。该方法是判定运动图像被编码后的编码流有无篡改的运动图像篡改判定方法，运动图像包含时间上连续的帧，该方法包括：检查信息提取步骤，从所述编码流中提取检查信息；位置信息生成步骤，基于表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；编码信息获取步骤，基于所述位置信息，从所述编码流中获取所述运动图像的编码信息；检查信息生成步骤，根据所述编码信息生成检查信息；以及篡改判定步骤，将通过所述检查信息提取步骤提取的检查信息与通过所述检查信息生成步骤生成的检查信息进行比较，判定有无篡改。
另外，将以上的构成要素任意组合，以及将本发明的表现形式在方法、装置、系统、记录介质、计算机程序等之间变换后的方案作为本发明的方案也是有效的。
根据本发明，能够可靠地检测运动图像的篡改。
附图说明
图1是实施方式所涉及的运动图像编码装置的结构图。
图2是实施方式所涉及的运动图像篡改判定装置的结构图。
图3是说明实施方式所涉及的运动图像篡改判定方法的流程图。
具体实施方式
图1是本发明实施方式所涉及的运动图像编码装置100的构成图。作为一个示例，运动图像编码装置100搭载或连接于车载型记录装置(行车记录仪)，但并不限于此。在这里，将输入到运动图像编码装置100的影像设为由车载型记录装置的相机拍摄到的外界的影像来进行说明。
运动图像编码装置100包括相机10、时间连续性信息生成部12、位置信息生成部14、附加信息输入部16、个体识别信息输入部18、运动图像编码部20、编码信息获取部22、检查信息生成部30以及复用部40。
相机10设置于车辆，从车辆拍摄道路上的各种交通状态，将拍摄到的影像的帧提供给运动图像编码部20。
运动图像编码部20按照例如MPEG或AVC、HEVC等标准，使用各种编码参数对影像的编码对象的帧进行编码，生成比特流，并提供给复用部40。
另外，相机10将表示构成影像的连续的帧的连续性的信息、例如与拍摄到的影像同步的时间戳等信息提供给时间连续性信息生成部12。
时间连续性信息生成部12根据与影像同步的时间戳等信息来生成时间连续性信息。例如，在针对第一个帧将帧编号等数字设为0x00000000的情况下，下一帧设为0x00000001等，与帧频率无关地，根据编码的图片的帧数连续地对数字进行递增计数。时间连续性信息生成部12将递增计数得到的数字作为时间连续性信息提供给位置信息生成部14、检查信息生成部30以及复用部40。时间连续性信息只要是根据时间而变化的信息即可，不一定是单调增加或减少的值，只要是值随着预定的规则而变化的任意数值即可。通过使用时间连续性信息，即使在进行了替换影像中的帧的篡改的情况下，也能够通过时间连续性的缺失，来检测篡改。
位置信息生成部14根据从时间连续性信息生成部12提供的时间连续性信息，生成表示对编码对象的帧进行编码而得到的比特流的预定的位置的信息、例如表示帧内的x坐标、y坐标的位置信息。
更具体而言，位置信息生成部14将所输入的时间连续性信息作为哈希函数的输入值，使用哈希函数，在此转换为32比特的哈希值。在此，哈希函数优选为密码学上安全的单向函数，优选为SHA-2等未发现冲突的函数。
进而，位置信息生成部14使用哈希值的一部分，例如转换为表示帧内的预定的位置的位置信息。例如，以1920像素×1080像素的HDTV图像的情况为例，说明向位置信息的转换方法。使用作为SHA-2的256比特输出标准的SHA-256，将输出值的256比特(32字节)分为上位/下位的16字节。将上位16比特中的下位2字节设为x坐标，进行将1920为模的余数运算来求出x坐标值。将下位16比特中的下位2字节设为y坐标，进行将1080为模的余数运算来求出y坐标值。
根据这样得到的x坐标值、y坐标值，得到1920像素×1080像素的HDTV图像中的位置信息。位置信息可以是指x坐标值、y坐标值所表示的像素的位置的信息，也可以是确定包含该x坐标值、y坐标值所表示的像素的编码块(例如16像素×16像素的块)的信息。或者，该位置信息也可以指编码流中的各帧内的从基准位置起的字节数。
如上所述，通过将时间连续性信息输入到单向函数，帧的位置信息随机地变化，因此能够提高基于位置信息生成的检查信息的安全性。
在上述的说明中，位置信息生成部14使用哈希函数等单向函数将时间连续性信息转换为位置信息，但也可以对时间连续性信息实施更简易的预定处理来生成位置信息。或者，也可以将时间连续性信息直接用作位置信息。也可以通过将该预定处理按每个行车记录仪的制造商设为独自的转换方式来提高私秘性。作为预定处理，例如也可以使用在时间连续性信息中追加错误检测码、或者将时间连续性信息的指定位的加减乘除结果追加到时间连续性信息等的处理。
编码信息获取部22基于由位置信息生成部14生成的位置信息，从运动图像编码部20接收编码对象的帧内的指定的x坐标、y坐标的像素或者包含该像素的编码块的编码信息。编码信息可以是提取了编码后的影像比特流中的位置信息所表示的位置的数据的信息，也可以是由位置信息指定的编码块中的量化参数、预测模式信息、运动矢量等的与编码相关的信息。
作为量化参数的示例，存在量化标尺。量化标尺是将对每个宏块进行了正交变换的数据除以2维的频率轴来进行量化时所使用的进行标量乘法的值。
关于预测模式信息，例如在H.264/AVC的MAIN Profile中，作为帧内预测编码而存在2种预测尺寸，在4×4块中准备了9种预测模式(预测模式0～预测模式8)，在16×16块中准备了4种预测模式(预测模式0～预测模式3)。将用于识别这些预测模式的信息用作预测模式信息。
编码信息获取部22将从编码对象的帧中提取的编码信息提供给检查信息生成部30。
附加信息输入部16获取与车辆的位置、速度、加速度、油门开度、方向盘舵角等车辆的行驶状态相关的附加信息，并提供给检查信息生成部30和复用部40。
个体识别信息输入部18获取个体识别信息，并且将个体识别信息提供给检查信息生成部30，该个体识别信息是与行车记录仪的设备的序列号相关联地管理的唯一编号。
检查信息生成部30根据从编码信息获取部22提供的编码信息来生成检查信息。检查信息生成部30也可以将从时间连续性信息生成部12提供的时间连续性信息、从位置信息生成部14提供的附加信息、以及从个体识别信息输入部18提供的个体识别信息中的至少一个与编码信息组合来生成检查信息。另外，也可以通过多个组合来生成多个检查信息。
具体而言，检查信息生成部30使用哈希函数等单向函数，将编码信息、或者、将时间连续性信息、附加信息以及个体识别信息中的至少一个与编码信息组合而得到的数据，转换为检查信息。检查信息生成部30将所生成的检查信息提供给复用部40。检查信息生成部30也可以对编码信息、或者、将时间连续性信息、附加信息以及个体识别信息中的至少一个与编码信息组合得到的数据，实施更简易的预定处理来转换为检查信息。在检查信息生成部30以及位置信息生成部14的任一个中，优选使用哈希函数等单向函数。
复用部40将从运动图像编码部20提供的比特流和从检查信息生成部30提供的检查信息进行复用而输出编码流。例如如果是H.264/AVC标准，则能够将检查信息存储在SEI(Supplemental Enhancement Information，补充增强信息)中。
并且，复用部40将从时间连续性信息生成部12提供的时间连续性信息复用到比特流。时间连续性信息是表示与前一帧的连续性的信息，按照预定的规则生成，因此不需要按每个帧进行复用，但在将运动图像分割为多个文件进行记录的情况下，在各文件的开头的帧中插入时间连续性信息来进行复用。由此，即使在运动图像被分割为多个文件的情况下，也能够使用时间连续性信息来检测对帧进行替换的篡改。
在检查信息生成部30将附加信息与编码信息组合而生成了检查信息的情况下，复用部40将从附加信息输入部16提供的附加信息进一步复用到比特流。在不将附加信息用于检查信息的生成的情况下，不需要将附加信息复用到比特流。
图2是本发明的实施方式所涉及的运动图像篡改判定装置200的构成图。
运动图像篡改判定装置200包括编码流分离部50、时间连续性信息获取部52、位置信息生成部54、附加信息获取部56、个体识别信息输入部58、检查信息获取部60、编码信息获取部62、检查信息生成部70以及篡改判定部80。
从图1的运动图像编码装置100输出的编码流被输入到运动图像篡改判定装置200的编码流分离部50。在运动图像编码装置100中使用的车辆或行车记录仪的个体识别信息被输入到运动图像篡改判定装置200的个体识别信息输入部58。
编码流分离部50分离并输出复用在编码流中的比特流、编码信息、检查信息、时间连续性信息以及附加信息。
检查信息获取部60提取复用在编码流中的检查信息，并提供给篡改判定部80。
时间连续性信息获取部52提取复用在编码流中的时间连续性信息，并且按照在运动图像编码装置100的时间连续性信息生成部12中使用的预定的规则生成时间连续性信息。由于时间连续性信息不是插入到所有帧中，所以对于没有插入时间连续性信息的帧，需要按照预定的规则生成时间连续性信息。时间连续性信息获取部52将时间连续性信息提供给位置信息生成部54和检查信息生成部70。
位置信息生成部54使用在运动图像编码装置100中使用的单向函数将时间连续性信息转换为帧内的位置信息，并将位置信息提供给编码信息获取部22。
编码信息获取部62基于从位置信息生成部54提供的位置信息从编码流中提取编码信息。当位置信息指定编码流内的距基准位置的字节数时，编码信息获取部62从编码流中提取出指定的位置的数据作为编码信息。在位置信息为帧的x坐标值、y坐标值的情况下，编码信息获取部62对比特流进行解码，从解码出的帧的指定的坐标的像素、或包含该像素的编码块中，提取出量化参数、预测模式信息、运动矢量等与编码相关的信息。
编码信息获取部62将从编码流中提取的编码信息提供给检查信息生成部70。
当附加信息被复用到编码流中时，附加信息获取部56从编码流中提取附加信息，并且将附加信息提供给检查信息生成部70。
个体识别信息输入部58将输入的个体识别信息提供给检查信息生成部70。
检查信息生成部70根据从编码信息获取部62提供的编码信息生成检查信息。具体而言，通过在运动图像编码装置100的检查信息生成部30中使用的单向函数，将编码信息转换为检查信息。
当运动图像编码装置100在生成检查信息时将时间连续性信息、附加信息以及个体识别信息中的至少一个与编码信息组合使用的情况下，检查信息生成部70将从时间连续性信息获取部52提供的时间连续性信息、从附加信息获取部56提供的附加信息、以及从个体识别信息输入部58提供的个体识别信息中的至少一个与编码信息组合来生成检查信息。
检查信息生成部70将所生成的检查信息提供给篡改判定部80。
篡改判定部80将由编码信息获取部62从编码流中提取出的检查信息与由检查信息生成部70生成的检查信息进行比较，在一致的情况下判定为没有篡改，在不一致的情况下判定为存在篡改，并输出判定结果。
图3是说明运动图像篡改判定装置200的运动图像篡改判定方法的流程图。
对输入到运动图像篡改判定装置200的编码流的各帧的篡改判定处理进行说明。
个体识别信息输入部58输入车辆或行车记录仪的个体识别信息(S10)。个体识别信息的输入处理不需要针对各帧进行，仅针对编码流的第一个帧进行。
附加信息获取部56提取复用在编码流中的附加信息(S12)。附加信息的提取处理仅在编码流中复用有附加信息的情况下进行。
时间连续性信息获取部52根据前一帧的时间连续性信息按照预定的规则生成时间连续性信息(S14)。
时间连续性信息获取部52判定在编码流的解码对象的帧中是否插入有时间连续性信息(S16)，在存在时间连续性信息的情况下(S16的“是”)，从编码流中提取时间连续性信息(S18)。在不存在时间连续性信息的情况下(S16的“否”)，跳过步骤S18、S20，进入步骤S22。
时间连续性信息获取部52将从编码流中提取出的时间连续性信息与根据前一帧的时间连续性信息按照预定的规则生成的时间连续性信息进行比较，判定两者的时间连续性信息是否一致(S20)。在两者的时间连续性信息一致的情况下(S20的“是”)，进入步骤S22，在两者的时间连续性信息不一致的情况下(S20的“否”)，进入步骤S34。
位置信息生成部54根据在步骤S14中生成的时间连续性信息，生成位置信息(S22)。
编码信息获取部62基于在步骤S22中生成的位置信息，从编码流中提取编码信息(S24)。
检查信息获取部60提取复用在编码流中的检查信息(S26)。
检查信息生成部70根据在步骤S24中提取出的编码信息，生成检查信息(S28)。在通过运动图像编码装置100的检查信息生成部30将时间连续性信息、附加信息以及个体识别信息中的至少一个与编码信息组合来生成了检查信息的情况下，检查信息生成部70将在步骤S14中生成的时间连续性信息、在步骤S12中提取出的附加信息、以及在步骤S10中输入的个体识别信息中的至少一个与编码信息组合来生成检查信息。
篡改判定部80将在步骤S26中提取出的检查信息与在步骤S28中生成的检查信息进行比较(S30)，在两者的检查信息一致的情况下(S30的“是”)，进入步骤S32，在两者的检查信息不一致的情况下(S30的“否”)，进入步骤S34。
作为检查信息的一致处理，篡改判定部80通知或记录该帧没有篡改(S32)。
作为检查信息的不一致处理，篡改判定部80通知或记录该帧有篡改(S34)。
当该帧的检查信息的一致处理(S32)或不一致处理(S34)结束时，结束该帧的篡改判定处理，转移到编码流的下一帧的篡改判定处理。
以上说明的各种处理当然能够以使用了CPU、存储器等硬件的装置来实现，也能够通过存储于ROM(只读存储器)、闪存等的固件、计算机等的软件来实现。也可将该固件程序、软件程序记录在能够由计算机等读取的记录介质中来提供，也能够通过有线或无线的网络与服务器进行收发，还能够作为地面波或卫星数字广播的数据广播进行收发。
如上所述，根据本发明的实施方式，由于使用时间连续性信息，因此即使在进行了将特定的帧置换为其他帧那样的篡改的情况下，也能够通过提取帧的时间连续性信息，并与按照预定的规则生成的时间连续性信息进行比较来判定有无篡改。另外，通过调查时间连续性信息，也能够证明时间方向的连续性。即，能够可靠地进行帧是否被篡改、帧中是否有时间方向上的连续性这两方面的判定。
另外，特别是在如行车记录仪那样将运动图像分割为多个文件进行记录的方式中，通过在各文件的开头的帧中插入时间连续性信息进行复用，对于被文件分割的运动图像，也能够使用时间连续性信息来检测对帧进行了替换的篡改。
另外，根据本发明的实施方式，通过在检查信息中使用基于时间连续性数据按运动图像的每个帧从不同的位置提取的编码信息，检查信息的获取位置随机地变化，因此篡改极为困难，并且能够提高篡改后的伪装的难度。特别是，在通过单向函数将时间连续性信息转换为位置信息的情况下，位置信息按每个帧较大地变化，无法预测位置信息本身的规则，因此安全性提高。
另外，根据本发明的实施方式，由于将利用了编码信息的检查信息复用到编码流中，所以运动图像的编码器不需要特殊处理，所以能够灵活运用具有通用性的编码器，不依赖于特定的硬件，能够避免处理的繁琐。
以上，基于实施方式对本发明进行了说明。本领域技术人员可以理解，实施方式为例示，这些各构成要素和各处理过程的组合可以有各种变形例，并且这样的变形例也在本发明的范围内。
符号说明
10相机、12时间连续性信息生成部、14位置信息生成部、16附加信息输入部、18个体识别信息输入部、20运动图像编码部、22编码信息获取部、30检查信息生成部、40复用部、50编码流分离部、52时间连续性信息获取部、54位置信息生成部、56附加信息获取部、58个体识别信息输入部、60检查信息获取部、62编码信息获取部、70检查信息生成部、80篡改判定部、100运动图像编码装置、200运动图像篡改判定装置。
Claims (9)
1.一种运动图像编码装置，对运动图像进行编码，所述运动图像包含时间上连续的帧，所述运动图像编码装置的特征在于，包括：
运动图像编码部，输出对所述运动图像进行编码而得到的比特流；
位置信息生成部，基于表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；
编码信息获取部，基于所述位置信息，获取所述运动图像的编码信息；
检查信息生成部，基于所述编码信息生成检查信息；以及
复用部，复用所述比特流和所述检查信息。
2.如权利要求1所述的运动图像编码装置，其特征在于，
所述检查信息生成部通过利用单向函数对所述编码信息进行转换来生成所述检查信息。
3.如权利要求1或2所述的运动图像编码装置，其特征在于，
所述编码信息是由编码后的比特流内的所述位置信息指定的数据、或者由所述位置信息指定的编码块的量化参数、预测模式信息以及运动矢量中的至少一个。
4.如权利要求1至3中任一项所述的运动图像编码装置，其特征在于，
所述检查信息生成部将所述时间连续性信息、与车辆的行驶相关的附加信息、以及运动图像记录装置的个体识别信息中的至少一个与所述编码信息组合来生成所述检查信息。
5.如权利要求1至4中的任意一项所述的运动图像编码装置，其特征在于，
所述复用部在所述运动图像被分割为多个文件的情况下，将所述时间连续性信息复用到各文件的起始帧中。
6.如权利要求1至5中任一项所述的运动图像编码装置，其特征在于，
所述位置信息生成部通过利用单向函数对所述时间连续性信息进行转换来生成所述位置信息。
7.一种运动图像编码方法，对运动图像进行编码，所述运动图像包含时间上连续的帧，所述运动图像编码方法的特征在于，包括：
运动图像编码步骤，输出对所述运动图像进行编码而得到的比特流；
位置信息生成步骤，基于表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；
编码信息获取步骤，基于所述位置信息，获取所述运动图像的编码信息；
检查信息生成步骤，基于所述编码信息生成检查信息；以及
复用步骤，复用所述比特流和所述检查信息。
8.一种运动图像篡改判定方法，判定运动图像被编码后的编码流有无篡改，所述运动图像包含时间上连续的帧，所述运动图像篡改判定方法的特征在于，包括：
检查信息提取步骤，从所述编码流中提取检查信息；
位置信息生成步骤，根据表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；
编码信息获取步骤，根据所述位置信息，从所述编码流中获取所述运动图像的编码信息；
检查信息生成步骤，根据所述编码信息，生成检查信息；以及
篡改判定步骤，将通过所述检查信息提取步骤提取出的检查信息与通过所述检查信息生成步骤生成的检查信息进行比较，判定有无篡改。
9.一种运动图像篡改判定程序，判定运动图像被编码后的编码流有无篡改，所述运动图像包含时间上连续的帧，所述运动图像篡改判定程序的特征在于，使计算机执行如下步骤：
检查信息提取步骤，从所述编码流中提取检查信息；
位置信息生成步骤，根据表示所述帧的时间连续性的时间连续性信息，生成帧内的位置信息；
编码信息获取步骤，根据所述位置信息，从所述编码流中获取所述运动图像的编码信息；
检查信息生成步骤，根据所述编码信息，生成检查信息；以及
篡改判定步骤，对通过所述检查信息提取步骤提取出的检查信息与通过所述检查信息生成步骤生成的检查信息进行比较，判定有无篡改。
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