网络与信息安全学报 ›› 2018, Vol. 4 ›› Issue (10): 1-11.doi: 10.11959/j.issn.2096-109x.2018085
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何天琦1,蒋兴浩1,2,孙锬锋1,2
修回日期:
2018-09-17
出版日期:
2018-10-01
发布日期:
2018-12-15
作者简介:
何天琦(1995-),女,安徽池州人,上海交通大学硕士生,主要研究方向为视频帧率上转换篡改检测。|蒋兴浩(1976-),男,上海人,上海交通大学教授、博士生导师,主要研究方向为互联网内容安全、视频内容智能理解与网络传播控制、多媒体篡改检测分析取证技术、网络协议内容分析。|孙锬锋(1975-),男,上海人,上海交通大学副教授,主要研究方向为视频篡改分析视频水印技术。
Tianqi HE1,Xinghao JIANG1,2,Tanfeng SUN1,2
Revised:
2018-09-17
Online:
2018-10-01
Published:
2018-12-15
摘要:
视频帧率上转换检测技术是视频取证技术的一种。为了系统阐述视频上转换检测领域现状,合理导向后续研究,对相关技术进行了综述。首先对相关研究历史和发展进程进行阐述,总结上转换概念及技术框架。然后根据检测技术的目的,对现有算法分类阐述。最后汇总介绍了视频帧率上转换检测领域的主要研究团队及其研究成果。从算法框架、检测结果等方面对比现有检测技术,提出了两点展望。视频帧率上转换作为视频后处理技术的重要组成部分,目前仍需进一步研究。
中图分类号:
何天琦,蒋兴浩,孙锬锋. 视频帧率上转换检测技术综述[J]. 网络与信息安全学报, 2018, 4(10): 1-11.
Tianqi HE,Xinghao JIANG,Tanfeng SUN. Review of video frame rate up conversion detection[J]. Chinese Journal of Network and Information Security, 2018, 4(10): 1-11.
表1
国内外团队研究成果"
年份 | 团队 | 成果 | 场景 |
2013年 | 米兰理工大学电子与信息学院Paolo Bestagini[6]团队 | 首次提出上转换痕迹检测[6] | 短片段视频、数帧数字图像集 |
2013年 | 中山大学黄继武[7]团队 | 首次明确对连续视频进行检测[7] | 特定软件获得的上转换视频 |
2015—2018年 | 湖南大学杨高波[5,8-10]团队、南京信息工程大学孙星明[8]团队、中国矿业大学李雷达[10]团队 | 采用更加广泛且典型的帧率篡改手段,获得更为置信的实验样本;提取各类痕迹特征 | 适用于推断原始帧率、定位篡改点的环境 |
2017年 | 韩国国防科学研究所 Dae-Jin Jung 团队联合KAIST的Heung Kyu Lee[11]团队 | 考虑到上转换操作对连续视频中目标和背景的运动,提出了新的痕迹特征 | 适用于包含目标运动场景的连续视频 |
表3
算法样本汇总"
算法 | 样本 |
基于残差序列分布 | 3段通用影像传输格式(CIF,common intermediate format)视频:Foreman、Hall、Mobile |
基于帧间相似度分布 | 100段未压缩视频及400段H.264/AVC压缩编码格式视频;分辨率从176×144至1 920×1 080 |
基于边缘密度分布 | 5段未压缩视频,包含4类:单一目标强运动、单一目标弱运动、多目标强运动、多目标弱运动。分辨率 |
从176×144至1 920×1 080 | |
基于纹理变化分布 | 30段未压缩CIF视频,30段H.264/ AVC格式视频 |
基于运动效应分布 | 50段CIF视频,分辨率从176×144至1 920×1 080不等,每段序列不超过300帧;包含5种压缩参数(100, |
90,80,70,60)的H.264/AVC格式视频 | |
基于差值信息分布 | 15段CIF视频和10段高清视频;对应采用5种不同图像组(GOP,group of picture);量化参数配置获得 |
MPEG-2和H.264/AVC格式视频 |
表4
平均检测准确率列表"
算法 | 平均准确率 |
基于残差序列分布 | 1) 上转换成25帧/秒,45帧/秒,60帧/秒,90帧/秒:视频达到50帧,准确率突变到100%; |
2) 上转换成120帧/秒:视频达到50帧,准确率激增至70%,随后在达到600帧时,上升到100%; | |
3) 上转换成36帧/秒:视频帧数在200帧内,准确率逐渐上升,直至100% | |
基于帧间相似度分布 | 1) 未压缩视频:大于99%; |
2) H.264/AVC压缩视频:大于97% | |
基于边缘密度分布 | 1) 未压缩视频:94.05%; |
2) H.264/AVC压缩视频:93.2% | |
基于平均纹理变化分布 | 1) OBMC篡改方式:最高为95.2%; |
2) 帧平均篡改方式:最高为93.5%; | |
3) 采用软件MSU、MVTools:准确率分别为94.5%、94.4% | |
基于运动效应分布 | 1) 帧复制方式:97%; |
2) 帧平均方式:78%; | |
3) 运动补偿方式:90% | |
基于差值信息分布 | 1) 未压缩视频:97%; |
2) H.264/AVC压缩视频:95.16%; | |
3) MPEG-2压缩视频:83.24%; | |
4) 分类识别篡改方式:81.27% |
表5
优缺点分析?检测目标不包含篡改方式识别"
算法 | 优点 | 缺点 |
基于残差序列的算法 | 适用于小段视频检测 | 1) 对帧复制、帧平均的篡改视频检测准确率不高,易误判; |
2) 算法检测准确率与视频序列长度有较强相关性,视频帧数增加时,检测复杂度线性增加 | ||
基于帧间相似度的算法 | 样本全面,置信度高 | 仅用ImTOO[7]单一转换软件,且该软件仅采用帧复制方式 |
基于边缘密度的算法 | 可检测帧复制、帧平均、运动补偿方式的篡改视频 | 边缘检测算子选择困难 |
基于平均纹理变化的算法 | 1) 从原始帧序列中自动区分上转换视频序列; | 当待检测视频序列包含快速场景切换时,帧平均纹理差值的异常会导致插值帧误判为原始帧,降低了检测准确率 |
2) 低时间复杂度 | ||
基于运动效应的算法 | 考虑了帧率下转换的情况,并对应进行了分析 | 当帧率24帧/秒上转换至25帧/秒时,该方法检测准确率急剧降低 |
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