TWI545945B - Image tampering detection method and system - Google Patents

Description

影像竄改偵測方法及其系統

本發明是有關於一種影像竄改偵測方法，特別是指一種用於偵測經由一影像壓縮編碼模組之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改的影像竄改偵測方法及其系統。

隨著近年來影像處理技術的快速發展，監視攝影機已被廣泛使用在城市中的大街小巷、交通要道、大樓內外、商店及各式各樣的公共空間，成為犯罪預防與偵查破案的工具之一。借助於監視攝影機進行監控的一問題在於來自監視攝影機之影像可能存在被竄改之風險。舉例而言，監視攝影機之鏡頭可能會經有意或無意之覆蓋，例如，經油漆、粉末、濕氣、布片等之覆蓋，監視攝影機可能會經有意或無意之移動以呈現無關之監視畫面，監視攝影機可能會經移除，或監視攝影機可能會嚴重失焦等。

一旦監視攝影機所拍攝之影像遭有意人士惡意竄改，將使得在對應之監視環境中活動的人員曝露於危險中。因此，有必要發展出一影像竄改偵測系統，用以在監視攝影機經阻隔或竄改時，自動告警監視人員，以提高監視人員之警覺，而促使監視人員密切監控對應之監視環境 ，進而避免可能之犯罪行為。

因此，本發明之一目的，即在提供一種影像竄改偵測方法。

於是本發明影像竄改偵測方法，適用於偵測經由一影像壓縮編碼模組之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改，且由一影像竄改偵測系統來實施，該系統包括一運動向量分析模組及一判定模組，該方法包含以下步驟：(A)當該運動向量分析模組接收到該影像壓縮編碼資料時，該運動向量分析模組根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型；及(B)該判定模組根據該等運動向量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改。

本發明之另一目的，即在提供一種影像竄改偵測系統。

於是本發明影像竄改偵測系統，適用於偵測經由一影像壓縮編碼模組之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改，該系統包含一運動向量分析模組及一判定模組。該運動向量分析模組用以在接收到該影像壓縮編碼資料時，根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型。該判定模組用以根據該等運動向 量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改。

本發明之功效在於，藉由該運動向量分析模組 將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型，並藉由該判定模組判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改，以達成偵測該影像是否被竄改之目的，此外，藉由利用包含該等運動向量的該影像壓縮編碼資料來進行竄改之偵測，以達成不須耗費高計算量即可獲得竄改偵測結果之目的。

1‧‧‧影像擷取裝置

11‧‧‧影像擷取模組

12‧‧‧影像壓縮編碼模組

13‧‧‧影像壓縮解碼模組

2‧‧‧影像竄改偵測系統

21‧‧‧運動向量分析模組

22‧‧‧判定模組

31~34‧‧‧步驟

本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：圖1是一系統方塊圖，說明本發明影像竄改偵測系統之較佳實施例；及圖2是一流程圖，說明本發明影像竄改偵測方法之較佳實施例。

參閱圖1，本發明影像竄改偵測系統2之較佳實施例，適用於偵測經由一影像壓縮編碼模組12之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改，該系統2包含一運動向量分析模組21及一判定模組22。

在本較佳實施例中，本發明影像竄改偵測系統2 係安裝於一影像擷取裝置1中，而在該影像擷取裝置1中進行該影像壓縮編碼資料是否被竄改之偵測。當將該影像竄改偵測系統2安裝於該影像擷取裝置1中時，該影像竄改偵測系統2係以一硬體形式，如晶片來實施。為便於理解本發明，不描述該影像擷取裝置1之與本發明無關的元件特徵，該影像擷取裝置1包含一影像擷取模組11、該影像壓縮編碼模組12、一影像壓縮解碼模組13、該運動向量分析模組21及該判定模組22。

該影像擷取模組11用以擷取透射之光，並將其 轉換為一組影像電信號，並輸出該組影像電信號以便產生該影像。在本較佳實施例中，該影像擷取模組11包含一CMOS影像感測器或一CCD影像感測器。

該影像壓縮編碼模組12用以將該影像壓縮並編碼成該影像壓縮編碼資料。

該影像壓縮解碼模組13用以將該影像壓縮編碼資料解碼成影像壓縮解碼資料。在本較佳實施例中，該影像壓縮編碼模組12及該影像壓縮解碼模組13係採用如H.264之習知視訊編解碼標準來進行該影像之壓縮、編碼與解碼，然而在本發明之他實施例中，亦可採用H.263等習知視訊編解碼標準來進行該影像之壓縮、編碼與解碼。

在本發明之其他實施例中，亦可將本發明影像竄改偵測系統2安裝於一電腦或一伺服器中，而在該電腦或伺服器中進行該影像壓縮編碼資料是否被竄改之偵測。當將該影像竄改偵測系統2安裝於該電腦或伺服器中時， 該影像竄改偵測系統2係以一軟體形式來實施。

值得一提的是，該電腦或伺服器可經由一網路 接收來自於該影像擷取裝置1，並經由包含於該影像擷取裝置1之該影像壓縮編碼模組12之處理，且對應於該影像，並包含該等運動向量的影像壓縮編碼資料，而對該影像壓縮編碼資料進行竄改偵測。然而，由於該影像擷取裝置1須將該影像壓縮編碼資料傳送至安裝有該影像竄改偵測系統2的該電腦或伺服器，因此，若欲將該影像竄改偵測系統2安裝於該電腦或伺服器中，則需要使用額外的網路頻寬來進行該影像壓縮編碼資料之傳送。

在本實施例中，該電腦或伺服器係對包含該等 運動向量的該影像壓縮編碼資料進行竄改偵測。在本發明之其他實施例中，該電腦或伺服器亦可經由該網路接收來自於該影像擷取裝置1，並經由包含於該影像擷取裝置1之該影像壓縮編碼模組12及該影像壓縮解碼模組13之處理，且對應於該影像的影像壓縮解碼資料，而對該影像壓縮解碼資料進行竄改偵測。由於該電腦或伺服器所接收到的該影像壓縮解碼資料沒有包含該等運動向量，因此，在本實施例中，該影像竄改偵測系統2還包含一移動估測模組，該移動估測模組用以根據該影像壓縮解碼資料計算出該等運動向量，其中，該移動估測模組係利用習知的移動估測(Motion Estimation)方法來計算出該等運動向量，利用移動估測方法計算出該等運動向量並非本發明之重點，故不在此贅述其細節。

該運動向量分析模組21用以在接收到該影像壓 縮編碼資料時，根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型。

在本較佳實施例中，M之數目為八，當該等運 動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第一預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量小於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第二預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第三預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第四預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第五預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第六預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大 於等於零且垂直分量小於零且該水平分量小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第七預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為一第八預設運動方向類型。

在本發明之其他實施例中，M之數目可視需求 而更改為四或十六等數目，並不以此為限。

該判定模組22用以根據該等運動向量中被分類 成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改，其中，當該等運動向量中包含最多的運動向量之數目之預設運動方向類型所包含的運動向量之數目大於該等運動向量中該等剩餘的M-1個預設運動方向類型所包含的運動向量之數目的總和時，該判定模組22用以判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像已被竄改。該判定模組22還用以加入一竄改偵測位元至該影像壓縮編碼資料以表示該影像壓縮編碼資料是否被竄改。

參閱圖1與圖2，本發明影像竄改偵測方法之較 佳實施例，適用於偵測經由該影像壓縮編碼模組12之處理，且對應於該影像，並包含該等運動向量的該影像壓縮編碼資料是否被竄改，且由該影像竄改偵測系統2來實施，該方法包含以下步驟。

如步驟31所示，當該運動向量分析模組21接 收到該影像壓縮編碼資料時，該運動向量分析模組21根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型。

在本較佳實施例中，M之數目為八，當該等運 動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第一預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量小於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第二預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第三預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第四預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第五預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第六預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大 於等於零且垂直分量小於零且該水平分量小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第七預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組21用以將該運動向量分類為該第八預設運動方向類型。

在本發明之其他實施例中，M之數目可視需求 而更改為四或十六等數目，並不以此為限。

如步驟32所示，該判定模組22根據該等運動 向量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改。 其中，當該等運動向量中包含最多的運動向量之數目之預設運動方向類型所包含的運動向量之數目大於該等運動向量中該等剩餘的M-1個預設運動方向類型所包含的運動向量之數目的總和時，該判定模組22判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像已被竄改。

舉例來說，假設該影像之水平像素為1920，垂直像素為1080，該影像經該影像壓縮編碼模組12分割成 個16×16之巨區塊(Macroblock)，並計算出120×67 個運動向量。如步驟31所示，該運動向量分析模組21根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型，假設經由該運動向量分析模組21之分類結果為，該第一預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為120×50個，該第二預設運動方向類 型所包含的運動向量之數目為120×5個，該第三預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為120×5個，該第四預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為120×3個，該第五預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為120×4個，該第六預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為0個，該第七預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為0個，該第八預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為0個。接著，如步驟32所示，該判定模組22根據該等運動向量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改。由於該等運動向量中包含最多的運動向量之數目之預設運動方向類型所包含的運動向量之數目為120×50個大於該等運動向量中該等剩餘的M-1個預設運動方向類型所包含的運動向量之數目的總和120×17個，因此，該判定模組22判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像已被竄改。

如步驟33所示，該判定模組22加入該竄改偵 測位元至該影像壓縮編碼資料以表示該影像壓縮編碼資料是否被竄改。

如步驟34所示，該影像壓縮解碼模組13解碼 包含該竄改偵測位元的該影像壓縮編碼資料以得到該影像及竄改偵測結果。值得特別說明的是，該判定模組22可藉由將該竄改偵測位元加入H.264編碼格式之標頭(Header)，而使得該影像壓縮解碼模組13可直接解碼出包含該竄改偵測位元的該影像壓縮編碼資料，其中，有關在H.264 編碼格式之標頭加入使用者自行定義之位元的細節係為熟習此項技術者所熟知，故不在此贅述。

綜上所述，藉由該運動向量分析模組21將該等 運動向量分類為該等M個預設運動方向類型，並藉由該判定模組22判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改，以達成偵測該影像是否被竄改之目的，此外，藉由利用經由該影像壓縮編碼模組12之處理，並包含該等運動向量的該影像壓縮編碼資料來進行竄改之偵測，以達成不須耗費高計算量即可獲得竄改偵測結果之目的，故確實能達成本發明之目的。

惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已 ，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。

1‧‧‧影像擷取裝置

11‧‧‧影像擷取模組

12‧‧‧影像壓縮編碼模組

13‧‧‧影像壓縮解碼模組

2‧‧‧影像竄改偵測系統

21‧‧‧運動向量分析模組

22‧‧‧判定模組

Claims (6)

1. 一種影像竄改偵測方法，適用於偵測經由一影像壓縮編碼模組之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改，且由一影像竄改偵測系統來實施，該系統包括一運動向量分析模組及一判定模組，該方法包含以下步驟：(A)當該運動向量分析模組接收到該影像壓縮編碼資料時，該運動向量分析模組根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型；及(B)該判定模組根據該等運動向量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改，其中，當該等運動向量中包含最多的運動向量之數目之預設運動方向類型所包含的運動向量之數目大於該等運動向量中該等剩餘的M-1個預設運動方向類型所包含的運動向量之數目的總和時，該判定模組判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像已被竄改。
2. 如請求項1所述的影像竄改偵測方法，其中，在該步驟(A)中，M之數目為八，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第一預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平 分量小於該垂直分量時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第二預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第三預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第四預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第五預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第六預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第七預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組將該運動向量分類為一第八預設運動方向類型。
3. 如請求項1所述的影像竄改偵測方法，在該步驟(B)之 後，還包含一步驟(C)，該判定模組加入一竄改偵測位元至該影像壓縮編碼資料以表示該影像壓縮編碼資料是否被竄改。
4. 一影像竄改偵測系統，適用於偵測經由一影像壓縮編碼模組之處理，且對應於一影像，並包含多個運動向量的影像壓縮編碼資料是否被竄改，該系統包含：一運動向量分析模組，用以在接收到該影像壓縮編碼資料時，根據該等運動向量及M個預設運動方向類型，將該等運動向量分類為該等M個預設運動方向類型；及一判定模組，用以根據該等運動向量中被分類成各個預設運動方向類型的運動向量之數目，判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像是否被竄改，其中，當該等運動向量中包含最多的運動向量之數目之預設運動方向類型所包含的運動向量之數目大於該等運動向量中該等剩餘的M-1個預設運動方向類型所包含的運動向量之數目的總和時，該判定模組用以判定該影像壓縮編碼資料所對應之該影像已被竄改。
5. 如請求項4所述的影像竄改偵測系統，其中，M之數目為八，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第一預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆大於等於零且該水平分量小於該垂 直分量時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第二預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第三預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量小於零且垂直分量大於等於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第四預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第五預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量與垂直分量皆小於零且該水平分量之絕對值小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第六預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量小於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第七預設運動方向類型，當該等運動向量的其中一者之水平分量大於等於零且垂直分量小於零且該水平分量大於等於該垂直分量之絕對值時，該運動向量分析模組用以將該運動向量分類為一第八預設運動方向類型。
6. 如請求項4所述的影像竄改偵測系統，其中，該判定模 組還用以加入一竄改偵測位元至該影像壓縮編碼資料以表示該影像壓縮編碼資料是否被竄改。