CN117478907B - 一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 - Google Patents
一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117478907B CN117478907B CN202311835166.0A CN202311835166A CN117478907B CN 117478907 B CN117478907 B CN 117478907B CN 202311835166 A CN202311835166 A CN 202311835166A CN 117478907 B CN117478907 B CN 117478907B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- video
- frame
- video file
- ciphertext
- information
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000012795 verification Methods 0.000 claims abstract description 33
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims abstract description 14
- 238000013139 quantization Methods 0.000 claims description 13
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 3
- 238000012986 modification Methods 0.000 abstract description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 abstract description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 8
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 6
- 238000011161 development Methods 0.000 description 4
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 description 3
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 3
- 230000006978 adaptation Effects 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 2
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 2
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 2
- 238000007689 inspection Methods 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000012552 review Methods 0.000 description 2
- 238000012550 audit Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000013496 data integrity verification Methods 0.000 description 1
- 238000012217 deletion Methods 0.000 description 1
- 230000037430 deletion Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 1
- 238000012797 qualification Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/46—Embedding additional information in the video signal during the compression process
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
- H04L9/0819—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
- H04L9/0825—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) using asymmetric-key encryption or public key infrastructure [PKI], e.g. key signature or public key certificates
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
- H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
- H04L9/08—Key distribution or management, e.g. generation, sharing or updating, of cryptographic keys or passwords
- H04L9/0861—Generation of secret information including derivation or calculation of cryptographic keys or passwords
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
- H04N19/102—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the element, parameter or selection affected or controlled by the adaptive coding
- H04N19/119—Adaptive subdivision aspects, e.g. subdivision of a picture into rectangular or non-rectangular coding blocks
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
- H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
- H04N19/17—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object
- H04N19/172—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object the region being a picture, frame or field
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N19/00—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals
- H04N19/10—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding
- H04N19/169—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding
- H04N19/17—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object
- H04N19/176—Methods or arrangements for coding, decoding, compressing or decompressing digital video signals using adaptive coding characterised by the coding unit, i.e. the structural portion or semantic portion of the video signal being the object or the subject of the adaptive coding the unit being an image region, e.g. an object the region being a block, e.g. a macroblock
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
- H04N21/60—Network structure or processes for video distribution between server and client or between remote clients; Control signalling between clients, server and network components; Transmission of management data between server and client, e.g. sending from server to client commands for recording incoming content stream; Communication details between server and client
- H04N21/63—Control signaling related to video distribution between client, server and network components; Network processes for video distribution between server and clients or between remote clients, e.g. transmitting basic layer and enhancement layers over different transmission paths, setting up a peer-to-peer communication via Internet between remote STB's; Communication protocols; Addressing
- H04N21/647—Control signaling between network components and server or clients; Network processes for video distribution between server and clients, e.g. controlling the quality of the video stream, by dropping packets, protecting content from unauthorised alteration within the network, monitoring of network load, bridging between two different networks, e.g. between IP and wireless
- H04N21/64715—Protecting content from unauthorized alteration within the network
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04N—PICTORIAL COMMUNICATION, e.g. TELEVISION
- H04N21/00—Selective content distribution, e.g. interactive television or video on demand [VOD]
- H04N21/80—Generation or processing of content or additional data by content creator independently of the distribution process; Content per se
- H04N21/83—Generation or processing of protective or descriptive data associated with content; Content structuring
- H04N21/835—Generation of protective data, e.g. certificates
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Signal Processing (AREA)
- Multimedia (AREA)
- Computer Security & Cryptography (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Compression Or Coding Systems Of Tv Signals (AREA)
Abstract
本发明公开了一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质，将视频文件的元信息等加密，与视频发行方的证书，一起编码嵌入到视频文件中；计算每个视频帧的特征信息，与视频文件信息和帧序号等一起加密，嵌入到视频画面中，形成一个自检验的视频文件。播放视频时，用视频发行方证书解密密文得到视频文件信息；提取每帧视频画面中的加密信息，用发行方证书解密得到视频帧特征信息，与当前视频帧的特征计算结果相比对，验证视频文件与视频帧的完整性。对于画面剪切、修改、缺帧、打乱帧序等篡改行为可以有效验证。同时支持离线自检验，只需要播放设备或播放软件预先下载根证书即可完成本地防篡改验证。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质，属于视频处理技术领域。
背景技术
随着互联网和移动通信技术的飞速发展，视频已经成为人们获取信息的主流渠道之一，也促进了视频内容审查方法的不断发展。在视频播出前依靠人工智能技术进行内容预审查已成为常见的审查手段。但由于人工智能技术和专业视频编辑软件的发展，视频篡改的技术门槛越来越低，篡改痕迹也越发隐秘。对公开播放的视频进行篡改可能会造成不良信息传播等风险。因此，一项可靠的视频帧防篡改方法对于保障信息安全具有重要意义。
如中国专利申请公开号：CN115512276A公开了一种基于人工智能的视频防伪识别方法及系统，将视频按帧分解，并对各帧中的图片信息进行构图分析，根据图像的对比度和构图分析确定各图片的重点区域，重点区域外的各区域属于非重点区域。使用调整亮度的方式将视频识别信息嵌入非重点区域，并在视频四角的像素点中利用颜色信息存入视频识别信息的位置。解读防伪信息的位置，并通过判定防伪识别是否存在的方式进行防伪识别。
但上述技术方案虽然提升了视频识别信息的隐蔽性，但在实际应用中仍存在以下问题：
1、存在影响视频画面质量的风险，一些情况下，改变非重点区域的亮度可能会对整体画面产生一定程度的影响，尤其是在对比度较高的情况下可能更为显著。
2、需要连接互联网查询热点内容协助划分重点区域与非重点区域，不适于私密部署和离线应用。
3、只能进行视频防伪识别，无法检测对视频做出的文件编辑篡改与内容篡改操作，如帧删除、帧插入、帧复制粘贴、画面篡改等操作。
4、在识别模块解读防伪信息的过程中可能会受到攻击或篡改，缺少识别信息加密流程。
发明内容
目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质，实现对视频文件、内容篡改进行检测，以解决现有的技术缺陷和不能达到的技术要求。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
第一方面，一种基于图像编码的视频防篡改方法，包括以下步骤：
对原始视频文件进行解码，将视频分割成一系列的图像帧。
把每帧图像分割成M×N个宏块进行特征值计算，生成M×N的特征值列表，由特征值列表计算得到图像帧的全局特征。
将视频文件的ID、当前图像帧的序号和当前图像帧的全局特征组合成帧信息，使用发行方私钥对帧信息进行加密，生成帧密文。
根据帧密文，计算得到帧密文的第一校验码。
将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件。
获取视频文件的元信息。使用发行方私钥对视频元信息进行加密，得到视频元信息的密文。将发行方证书和视频元信息的密文拼接，并计算出第二校验码。将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码一同进行编码得到封面帧，将封面帧嵌入到新的视频文件中，得到需要验证的视频文件。
作为优选方案，还包括：
在获取需要验证的视频文件后，对需要验证的视频文件进行解码，获取封面帧，从封面帧中提取发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码。
使用第二校验码验证发行方证书和视频元信息的密文的完整性。如果完整性验证不通过，则判定视频经过篡改。
如果完整性验证通过，则提取发行方证书，并用根证书验证发行方证书的有效性，如果有效性验证不通过，则判定视频经过篡改。
如果有效性验证通过，再使用发行方证书解密视频元信息的密文，得到当前视频文件元信息。
作为优选方案，还包括：
在获取需要验证的视频文件后，对需要验证的视频文件进行解码，获得新的视频文件，从新的视频文件中每帧视频中解码获取帧密文和第一校验码。
使用第一校验码对帧密文进行完整性验证。如果完整性验证不通过，则判定视频经过篡改。
如果完整性验证通过，使用发行方证书对帧密文进行解密，得到包含视频文件的ID、当前图像帧序号和当前图像帧的全局特征的帧信息。
作为优选方案，还包括：
用解密后得到的帧信息中的视频文件ID和图像帧序号与当前视频文件元信息中的视频文件的ID和当前播放的视频文件中图像帧的序号进行比对，如果验证不通过，则判定视频经过篡改。
如果验证通过，对当前播放的视频帧的全局特征进行计算，得到当前播放视频帧的全局特征数据，用当前播放视频帧的全局特征数据与帧信息中的全局特征数据进行比对，如果比对结果一致则判断视频未被篡改。如果比对结果不一致，则判断视频经过篡改。
作为优选方案，图像帧的全局特征计算方法，包括：
把每帧图像分割成M×N个宏块，对每个宏块的RGB或YUV的3个通道的亮度值进行分级，按照分级参数，对宏块内的像素亮度值重新赋值。
对重新赋值后的宏块内各通道亮度值进行统计，宏块内各通道同一亮度值的像素数量最多对应的亮度值，作为当前宏块的亮度值，当不同亮度值的像素个数相同时，取较大的亮度值作为当前宏块的亮度值，每个通道的亮度值进行记录得到每个通道的特征值。
将3个通道的特征值进行拼接，得到每个宏块的特征值，将所有宏块特征值按顺序连接成一段二进制数据，对这段二进制数据进行哈希计算，得到的哈希值作为图像帧的全局特征。
作为优选方案，所述将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件，具体包括：
构建宏块，设定宏块大小和灰度值量化级数。
将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据。根据灰度值量化级数得到对应的二进制的指数，将需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块对应的RGB或YUV的三个通道中，每个通道放入的比特数为对应指数的数量。
将填有数据的宏块依次拼接，生成位图色带。
将原始视频中图像帧与位图色带进行拼接，生成新的视频文件。
作为优选方案，所述将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件，具体包括：
对原始图像中每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中数据移动n个比特，获得n个空位。
将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据，需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中的n个空位中，生成新的视频文件。
作为优选方案，所述封面帧生成方法，具体包括：
构建宏块，设定宏块大小和灰度值量化级数。
将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码的二进制数据作为需要嵌入的数据。根据灰度值量化级数得到对应的二进制的指数，将需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块对应的RGB或YUV的三个通道中，每个通道放入的比特数为对应指数的数量。
将填有数据的宏块依次拼接，生成位图色带。
将多条位图色带拼接，构建一个单独的视频帧作为封面帧。
作为优选方案，解码以位图色带的方式嵌入的数据的方法，具体包括：
将位图色带按照宏块大小进行分割，每个宏块从RGB或YUV的3个通道中分别得到3个灰度图，根据灰度图的亮度值确定其亮度级数，将亮度级数转换为二进制数据，获取二进制数据对应的指数。
从每个宏块的3个通道中分别提取指数比特的数据，并将数据进行拼接，获得每个宏块读取的数据，将所有宏块读取数据依次拼接，得到嵌入的原始数据。
作为优选方案，解码通过比特替换的方式嵌入的数据的方法，具体包括：
将解码后的新的视频文件分割成一系列连续的图像帧，对图像帧进行分割，得到一系列大小为m×m的宏块，从每个宏块的RGB或YUV三个通道分别提取n个比特数据，并按顺序拼接获得嵌入的原始数据，n为比特替换移位的数值。
第二方面，一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如第一方面中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法。
第三方面，一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储指令。
处理器，用于执行所述指令，使得所述计算机设备执行如第二方面中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法的操作。
有益效果：本发明提供的一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质，包括：将视频文件的元信息等加密，与视频发行方的证书，一起编码嵌入到视频文件中；计算每个视频帧的特征信息，与视频文件信息和帧序号等一起加密，嵌入到视频画面中，形成一个自检验的视频文件。播放视频时，用视频发行方证书解密密文得到视频文件信息；提取每帧视频画面中的加密信息，用发行方证书解密得到视频帧特征信息，与当前视频帧的特征计算结果相比对，验证视频文件与视频帧的完整性。对于画面剪切、修改、缺帧、打乱帧序等篡改行为可以有效验证。同时支持离线自检验，只需要播放设备或播放软件预先下载根证书即可完成本地防篡改验证。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、视频流支持自检验，支持离线检验，无需外部数据源，无需额外数据，无需网络连接。检验过程采用最高4096位非对称加密方式进行，并可根据算力的发展，采用更大的加密强度，安全可靠。检验过程计算量小，适合在嵌入式设备上使用。
2、视频流检验的操作数是图像帧，与视频编解码方式和图像传输方式等无关，支持多种编解码器，如H264、H265、AV1等，支持多种图像传输方式，如网络数据流传输、数字图像传输（DVI、HDMI、DP等）、模拟图像传输（AV信号、色差信号、VGA信号等），均可以很好的适配，同时具有良好的鲁棒性。
3、对视频帧的内容和顺序均实现了很好的保护，对画面内容的篡改、丢帧、插帧、拼接、乱序等修改，都可以准确检出。
4、根证书由单一或少数几个监管方持有，由监管方对众多内容发行方进行授权，授权期限由监管方指定，播放端无需任何升级即可支持新增的内容发行方，对发行方具有良好的向前兼容性。
附图说明
图1为本发明视频加密步骤的流程示意图。
图2为由数据生成RGB位图色带的示意图。
图3为图像与位图色带的拼接的示意图。
图4为将数据嵌入到视频图像中的示意图。
图5为视频元信息的验证步骤示意图。
图6为帧数据完整性验证步骤示意图。
图7为从视频画面中提取位图色带的示意图。
图8为从色带宏块中读取数据的示意图。
图9为从视频图像中提取数据的示意图。
图10为视频帧信息的验证步骤示意图。
图11为预审查流程示意图。
图12为直播防篡改流程示意图。
具体实施方式
下面结合本发明实例中的附图，对本发明实例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
下面结合具体实施例对本发明作更进一步的说明。
实施例1
根据本发明实施例，如图1所示，提供了一种基于图像编码的视频防篡改方法，包括以下步骤：
步骤1：对原始视频文件进行解码，将视频分割成一系列的图像帧。
步骤2：把每帧图像分割成M×N个宏块进行特征值计算，生成M×N的特征值列表，由特征值列表进一步计算得到图像帧的全局特征，M、N为整数。
进一步的，一个实施例，图像帧的全局特征计算方法，包括：
把每帧图像分割成M×N个宏块，对每个宏块的RGB或YUV的3个通道的亮度值进行分级，按照分级参数，对宏块内的像素亮度值重新赋值。
进一步的，一个实施例，对宏块单个通道的亮度值进行分级，级数定为K，K为2的次方数，例如：2、4、8、16，最大256，按照分级参数，对宏块内的像素亮度值重新赋值，例如：K=4时，分级参数为4，亮度值0-255按分级参数分为4级，亮度值从0到63的像素，亮度值重新赋值为0，亮度值64到127的像素，亮度值重新赋值为1，亮度值从128到191的像素，亮度值重新赋值为2，亮度值从192到255的像素，亮度值重新赋值为3；由此可知，重新赋值为分级对应的0-255的序数值。
对重新赋值后的宏块内各通道亮度值进行统计，宏块内各通道同一亮度值的像素数量最多对应的亮度值，作为当前宏块的亮度值，当不同亮度值的像素个数相同时，取较大的亮度值作为当前宏块的亮度值，每个通道的亮度值用1个字节记录。
例如，宏块内有16个像素数，其中8个像素点亮度值为3，6个像素点亮度值为1，2个像素点亮度值为0，那么该宏块的亮度值取最多像素点8对应的亮度值3。
宏块内有16个像素数，其中6个像素点亮度值为3，6个像素点亮度值为2，2个像素点亮度值为0，2个像素点亮度值为1，那么该宏块的亮度值取像素点数量相同且亮度值较大的亮度值3。
经过前述计算，每个宏块可得到3个字节作为宏块特征值，将所有宏块特征值按顺序连接成一段二进制数据，数据长度为3×M×N个字节，对这段二进制数据进行哈希计算，得到的哈希值作为图像帧的全局特征。
根据不同的图像编码方式（有损压缩、无损压缩）和编码参数（高码率、低码率），选择不同的M、N和K值，可以有效控制图像校验的宽容度，获得良好的适用性。
步骤3：将视频文件的ID、当前图像帧的序号和当前图像帧的全局特征组合成帧信息，使用发行方私钥对帧信息进行加密，生成帧密文。
步骤4：由加密后的帧密文，计算得到帧密文的第一校验码。
步骤5：将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件。
在本申请的一些实施例中，将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件，包括但不限于如下两种嵌入方法：
方法1：将帧密文与计算得到的第一校验码，按照宏块大小和灰度值量化级数的不同进行编码，得到位图色带，将位图色带嵌入到视频画面中。
具体步骤为：
如图2所示，步骤5-1-1：构建宏块，设定宏块大小和灰度值量化级数。
步骤5-1-2：将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据。根据灰度值量化级数得到对应的二进制的指数，将需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块对应的RGB或YUV的三个通道中，每个通道放入的比特数为对应指数的数量。
例如：宏块的大小设定为8×8，量化级数为16级时，16级对应二进制指数为4，那么每个宏块单个通道可以存入的数据为4bit，3个通道可以编码12bit数据。
步骤5-1-3：将填有数据的宏块依次拼接，生成灰度图色带。
步骤5-1-4：将步骤1得到的图像帧与灰度图色带进行拼接，生成新的视频文件，拼接方法如图3所示：
例如：在对分辨率为1920×1080的视频画面进行数据嵌入时，在画面的上方或下方嵌入1920×8的位图色带，可以嵌入的数据量为（1920÷8）×4×3÷8=360字节；在画面的左侧或右侧嵌入1080×8的位图色带，可以嵌入的数据量为（1080÷8）×4×3÷8=202.5字节。
进一步的，所述方法还包括：
针对每一视频帧，依次将编码生成的位图色带拼接到原始视频位图图像中相应的位置，得到数据嵌入后的视频帧；
对嵌入数据后的视频帧进行重新视频编码，将连续的视频帧转换成视频流，以便进一步处理和传输；
对嵌入数据后的视频流进行最终的编码处理，生成标准的视频文件格式或者直播流格式。
方法2：如图4所示，将帧密文与计算得到的第一校验码，按照宏块大小通过比特替换方式嵌入到视频画面中。具体步骤为：
步骤5-2-1：对原始图像中每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中数据移动n个比特，获得n个空位，以便为后面的数据嵌入做准备。
一个实施例，数据移动时，一般从MSB（在二进制数中最高有效位）向LSB（在二进制数中最低有效位）方向移动，把高比特位空出来，用于数据嵌入。
或者从LSB向MSB方向移动，把低比特位空出来，用于数据嵌入。
步骤5-2-2：将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据，需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中的n个空位中，生成新的视频文件。
数据写入空出的比特位中，每个宏块写入n比特数据，这样可以隐藏数据并保持对原始图像的相对不可察觉性。
例：以1920×1080分辨率的画面，RGB编码格式为例，宏块尺寸m取值为8，移动位数n取值为1，即宏块大小选择8px×8px，R/G/B每个颜色通道嵌入1bit数据，1个宏块的3个颜色通道可嵌入3bit数据，一帧画面可嵌入的总数据量为（1920÷8）×（1080÷8）×1bit×3÷8=12150 Byte；
进一步的，所述方法还包括：
针对每一视频帧，依次通过比特替换的方式嵌入数据，得到数据嵌入后的视频帧。
对嵌入数据后的视频帧进行重新视频编码，将连续的视频帧转换成视频流，以便进一步处理和传输。
对嵌入数据后的视频流进行最终的编码处理，生成标准的视频文件格式或者直播流格式。
步骤6：将视频文件的ID、视频文件名称、视频帧的数量和/或视频发行方信息，作为视频文件的元信息。使用发行方私钥对视频元信息进行加密，得到视频元信息的密文。将发行方证书和视频元信息的密文拼接计算出第二校验码。将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码一同进行编码得到封面帧，嵌入到步骤5生成的新的视频文件中，得到需要验证的视频文件。
在本申请的一些实施例中，将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码一同编码，嵌入到新的视频文件中，具体嵌入方法为：
使用步骤5方法1，将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码的二进制数据，编码生成多条色带，将多条色带拼接，构建一个单独的视频帧，附加在原视频的开头或者结尾，作为视频文件的封面帧。
在本申请的一些实施例中，使用发行方私钥对视频元信息进行加密的强度最高4096bit，并可按需要进一步提高加密强度。
步骤7：在获取需要验证的视频文件后，对视频文件进行解码，获取步骤6中创建的封面帧，从封面帧中提取发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码。使用第二校验码验证发行方证书和视频元信息的密文的完整性。
从封面帧中提取数据的方法，参见步骤8方法1，提取以位图色带的方式嵌入的数据。
如图5所示，如果第二校验码验证发行方证书和视频元信息的密文的完整性验证通过，则提取发行方证书并用根证书验证发行方证书的有效性。如果第二校验码验证发行方证书和视频元信息的密文的完整性验证不通过，则判定视频经过篡改。
如果根证书验证发行方证书有效性验证通过，再使用发行方证书解密视频元信息的密文，得到包含视频文件的ID、视频文件名称、视频帧的数量和/或视频发行方信息的视频文件元信息。如果根证书验证发行方证书有效性验证不通过，则判定视频经过篡改。
步骤8：在发行方证书的有效性验证通过后，从新的视频文件中每帧视频中解码获取帧密文和步骤4生成的第一校验码，使用第一校验码对帧密文进行完整性验证。
如图6所示，如果第一校验码对帧密文完整性验证通过，使用发行方证书对帧密文进行解密。得到包含视频文件的ID、当前图像帧序号和当前图像帧的全局特征的帧信息。如果第一校验码对帧密文完整性验证不通过，则判定视频经过篡改。
在本申请的一些实施例中，从新的视频文件中每帧视频中解码获取帧密文和步骤4生成的第一校验码，包括但不限于如下两种提取方法：
方法1：如图7所示，提取以位图色带的方式嵌入的数据。
具体步骤为：
步骤8-1-1：在接收端，对新的视频文件进行解码，得到拼接在视频位图画面中的位图色带。
如图8所示，步骤8-1-2：位图色带，按照宏块大小进行分割，从RGB或YUV的3个通道中分别得到3个灰度图，根据灰度图的亮度值确定其亮度级数，将亮度级数转换为二进制数据，获取二进制数据对应的指数。
例：宏块的大小设定为8×8， 量化级数为16级时，可以从宏块的单通道灰度图中读取到4bit数据，3个通道可以读取到12bit数据。
步骤8-1-2：从每个宏块的3个通道中分别提取指数比特的数据，并将数据进行拼接，获得每个宏块读取的数据，将所有宏块读取数据依次拼接，得到嵌入的原始数据。
方法2：提取通过比特替换的方式嵌入的数据。
具体步骤为：
步骤8-2-1：获取新的视频文件进行解码。
如图9所示，步骤8-2-2：将解码后的新的视频文件分割成一系列连续的图像帧，对图像帧进行分割，得到一系列大小为m×m的宏块，从每个宏块的RGB或YUV三个通道分别提取n个比特数据，并按顺序拼接获得嵌入的原始数据。
步骤8-2-3：提取数据后对图像数据反向移动n个比特，按照最低比特位或者最高比特位的状态对移动产生的空白比特位填入0或1。
如图10所示，步骤9：用解密后得到的帧信息中的视频文件ID和图像帧序号与当前视频文件元信息中的视频文件的ID号和当前播放的视频文件中帧的序号进行比对，如果验证通过，对当前播放的视频帧的全局特征进行计算，得到当前播放视频帧的全局特征数据。如果验证不通过，则判定视频经过篡改。
用当前播放视频帧的全局特征数据与帧信息中的全局特征数据进行比对，如果比对结果一致则判断视频未被篡改。如果比对结果不一致，则判断视频经过篡改。
实施例2
根据本发明实施例，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例1中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法。
实施例3
根据本发明实施例，提供了一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储指令。
处理器，用于执行所述指令，使得所述计算机设备执行如第一种实施例中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法的操作。
实施例4
如图11所示，视频预审查场景：对在线分发或离线分发的视频文件进行预审查，预审查通过的文件加密处理后分发，确保文件在传播过程中未经修改。
具体描述为：在整个预审查流程中，包括三个角色：
监管方：对发行方资质进行审查，签发证书，并对证书有效期进行管理。
发行方：对内容进行人工审核，审核通过后加密分发至播放网点。
运营方：播放加密的视频内容。
由发行方上传视频文件至预审查装置，从预审查装置下载通过本发明方法加密后的视频文件，由发行方将加密后的视频文件分发至播放网点。播放视频内容时，播放网点的视频播放器解码视频文件，并通过HDMI接口、DP接口、VGA接口或其它视频接口，将视频内容发送给审查装置，审查装置通过本发明方法验证视频画面未经篡改后，输出视频画面至大屏幕进行播出。
如图12所示，直播防篡改场景：在进行直播时，视频流加密后上传至平台；播放端在播放时解密验证，确保播放端的视频流未经篡改。
具体描述为：直播播出时，直播源首先上传至审查装置并通过本发明方法进行加密，加密后传输至播放端，由播放端的审查装置并通过本发明方法进行防篡改验证后，传输至屏幕端进行播出。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种基于图像编码的视频防篡改方法，其特征在于：包括以下步骤：
对原始视频文件进行解码，将视频分割成一系列的图像帧；
把每帧图像分割成M×N个宏块进行特征值计算，生成M×N的特征值列表，由特征值列表计算得到图像帧的全局特征；
将视频文件的ID、当前图像帧的序号和当前图像帧的全局特征组合成帧信息，使用发行方私钥对帧信息进行加密，生成帧密文；
根据帧密文，计算得到帧密文的第一校验码；
将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件；
获取视频文件的元信息；使用发行方私钥对视频元信息进行加密，得到视频元信息的密文；将发行方证书和视频元信息的密文拼接，并计算出第二校验码；将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码一同进行编码得到封面帧，将封面帧嵌入到新的视频文件中，得到需要验证的视频文件；
图像帧的全局特征计算方法，包括：
把每帧图像分割成M×N个宏块，对每个宏块的RGB或YUV的3个通道的亮度值进行分级，按照分级参数，对宏块内的像素亮度值重新赋值；
对重新赋值后的宏块内各通道亮度值进行统计，宏块内各通道同一亮度值的像素数量最多对应的亮度值，作为当前宏块的亮度值，当不同亮度值的像素个数相同时，取较大的亮度值作为当前宏块的亮度值，每个通道的亮度值进行记录得到每个通道的特征值；
将3个通道的特征值进行拼接，得到每个宏块的特征值，将所有宏块特征值按顺序连接成一段二进制数据，对这段二进制数据进行哈希计算，得到的哈希值作为图像帧的全局特征；
所述将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件，具体包括：
构建宏块，设定宏块大小和灰度值量化级数；
将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据；根据灰度值量化级数得到对应的二进制的指数，将需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块对应的RGB或YUV的三个通道中，每个通道放入的比特数为对应指数的数量；
将填有数据的宏块依次拼接，生成位图色带；
将原始视频中图像帧与位图色带进行拼接，生成新的视频文件；
所述封面帧生成方法，具体包括：
构建宏块，设定宏块大小和灰度值量化级数；
将发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码的二进制数据作为需要嵌入的数据；根据灰度值量化级数得到对应的二进制的指数，将需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块对应的RGB或YUV的三个通道中，每个通道放入的比特数为对应指数的数量；
将填有数据的宏块依次拼接，生成位图色带；
将多条位图色带拼接，构建一个单独的视频帧作为封面帧。
2.根据权利要求1所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法，其特征在于：还包括：
在获取需要验证的视频文件后，对需要验证的视频文件进行解码，获取封面帧，从封面帧中提取发行方证书、视频元信息的密文和第二校验码；
使用第二校验码验证发行方证书和视频元信息的密文的完整性；如果完整性验证不通过，则判定视频经过篡改；
如果完整性验证通过，用根证书验证发行方证书的有效性，如果有效性验证不通过，则判定视频经过篡改；
如果有效性验证通过，再使用发行方私钥解密视频元信息的密文，得到当前视频文件元信息。
3.根据权利要求2所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法，其特征在于：还包括：
在获取需要验证的视频文件后，对需要验证的视频文件进行解码，获得新的视频文件，从新的视频文件中每帧视频中解码获取帧密文和第一校验码；
使用第一校验码对帧密文进行完整性验证；如果完整性验证不通过，则判定视频经过篡改；
如果完整性验证通过，使用发行方私钥对帧密文进行解密，得到包含视频文件的ID、当前图像帧序号和当前图像帧的全局特征的帧信息。
4.根据权利要求3所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法，其特征在于：还包括：
用解密后得到的帧信息中的视频文件ID和图像帧序号与当前视频文件元信息中的视频文件的ID和当前播放的视频文件中图像帧的序号进行比对，如果验证不通过，则判定视频经过篡改；
如果验证通过，对当前播放的视频帧的全局特征进行计算，得到当前播放视频帧的全局特征数据，用当前播放视频帧的全局特征数据与帧信息中的全局特征数据进行比对，如果比对结果一致则判断视频未被篡改；如果比对结果不一致，则判断视频经过篡改。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法，其特征在于：所述将帧密文与计算得到的第一校验码进行编码，并嵌入到原始视频中，生成新的视频文件，具体包括：
对原始图像中每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中数据移动n个比特，获得n个空位；
将帧密文与计算得到的第一校验码作为需要嵌入的数据，需要嵌入的数据逐比特的嵌入每个宏块内的RGB或YUV的三个通道中的n个空位中，生成新的视频文件。
6.一种计算机可读存储介质，其特征在于：其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如权利要求1-5中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法。
7.一种计算机设备，包括：
存储器，用于存储指令；
处理器，用于执行所述指令，使得所述计算机设备执行如权利要求1-5中任一所述的一种基于图像编码的视频防篡改方法的操作。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311835166.0A CN117478907B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311835166.0A CN117478907B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117478907A CN117478907A (zh) | 2024-01-30 |
| CN117478907B true CN117478907B (zh) | 2024-03-19 |
Family
ID=89633389
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311835166.0A Active CN117478907B (zh) | 2023-12-28 | 2023-12-28 | 一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117478907B (zh) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105554509A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 上海交通大学 | 基于宏块类型变化特征的视频帧间篡改检测方法 |
| KR101919061B1 (ko) * | 2017-09-29 | 2018-11-15 | 주식회사 에스원 | 동영상 위변조 식별정보 기입 및 검증 시스템 및 이를 이용한 동영상 위변조 검증 방법 |
| CN109413444A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 苏州科达科技股份有限公司 | 视频的完整性校验数据生成方法、完整性校验方法及装置 |
| CN110545444A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-06 | 北京市博汇科技股份有限公司 | 一种ip视频的防篡改监测方法与系统 |
| CN113014953A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 山东云缦智能科技有限公司 | 视频防篡改检测方法及视频防篡改检测系统 |
| CN115550328A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-30 | 中京天裕科技(杭州)有限公司 | 一种基于h.264视频码流辅助增强信息的数字版权保护方法 |
| CN115603912A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-13 | 重庆锐明信息技术有限公司（Cn） | 一种音视频文件防篡改校验的方法及系统 |
-
2023
- 2023-12-28 CN CN202311835166.0A patent/CN117478907B/zh active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105554509A (zh) * | 2015-12-14 | 2016-05-04 | 上海交通大学 | 基于宏块类型变化特征的视频帧间篡改检测方法 |
| KR101919061B1 (ko) * | 2017-09-29 | 2018-11-15 | 주식회사 에스원 | 동영상 위변조 식별정보 기입 및 검증 시스템 및 이를 이용한 동영상 위변조 검증 방법 |
| CN109413444A (zh) * | 2018-10-30 | 2019-03-01 | 苏州科达科技股份有限公司 | 视频的完整性校验数据生成方法、完整性校验方法及装置 |
| CN110545444A (zh) * | 2019-09-20 | 2019-12-06 | 北京市博汇科技股份有限公司 | 一种ip视频的防篡改监测方法与系统 |
| CN113014953A (zh) * | 2019-12-20 | 2021-06-22 | 山东云缦智能科技有限公司 | 视频防篡改检测方法及视频防篡改检测系统 |
| CN115603912A (zh) * | 2022-09-29 | 2023-01-13 | 重庆锐明信息技术有限公司（Cn） | 一种音视频文件防篡改校验的方法及系统 |
| CN115550328A (zh) * | 2022-11-29 | 2022-12-30 | 中京天裕科技(杭州)有限公司 | 一种基于h.264视频码流辅助增强信息的数字版权保护方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于自适应哈希算法的直播视频篡改检测;文振焜;陈斌;吴惠思;;深圳大学学报(理工版);20170330(02);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN117478907A (zh) | 2024-01-30 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP6818109B2 (ja) | ハイダイナミックレンジ画像を符号化、復号化および表現するための手法 | |
| US7212649B2 (en) | Encoder and encoding method for electronic watermark, decoder and decoding method for electronic watermark, encoding and decoding program for electronic watermark, and recording medium for recording such program | |
| CN102144237B (zh) | 压缩媒体的有效水印方法 | |
| US6523114B1 (en) | Method and apparatus for embedding authentication information within digital data | |
| US6512836B1 (en) | Systems and methods for etching digital watermarks | |
| US8046580B2 (en) | Data processing apparatus and method for generation of protection compression encoded data | |
| CN105704545B (zh) | 一种基于h.264视频流的密钥同步信息传输方法 | |
| US8824728B2 (en) | Method and system for tracking illegal distributor and preventing illegal content distribution | |
| US9712845B2 (en) | Media content processing method | |
| US7447314B2 (en) | Information processing method, information processing apparatus, program, and storage medium | |
| US20090219987A1 (en) | Method and Device for Generating a Marked Data Flow, Method and Device for Inserting a Watermark Into a Marked Data Flow, and Marked Data Flow | |
| Caldelli et al. | Joint near-lossless compression and watermarking of still images for authentication and tamper localization | |
| CN117478907B (zh) | 一种基于图像编码的视频防篡改方法、设备及介质 | |
| JP4446400B2 (ja) | コンテンツの電子透かし埋め込み方式および認証方式 | |
| Chhajed et al. | Efficient embedding in B&W picture images | |
| Chia et al. | Data hiding in perceptually masked openexr image | |
| JP2004179804A (ja) | 暗号情報の送受信システム、送受信方法及び暗号情報埋め込み用プログラム | |
| CN117499665B (zh) | 一种基于灰度值量化的图像数据嵌入和提取方法、装置 | |
| Meduri et al. | Secure end-to-end video authentication with secret data sharing | |
| JPH10178642A (ja) | 情報多重化方法および著作権保護システム | |
| JPH11194709A (ja) | 電子認証方法及びシステム | |
| JP2004228783A (ja) | 埋め込み情報の記録装置及び再生装置並びに記録用プログラム及び再生用プログラム | |
| Jha | Image compresssion and encryption using scan pattern | |
| JP2002218221A (ja) | 電子透かし情報埋め込み装置、埋め込み方法、電子透かし情報再生装置及び再生方法 | |
| CN118118914A (zh) | 一种针对编码后视频的改写方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |