信息质心理论与视频篡改检测技术研究

Real-time video forensics and video forensics with strong noise interference are the present bottleneck in this research area. This project will change the traditional research methods, via combining multiple subjects theories, including photography, physics and mathematics. The project introduces a new concept, called “information center of mass”, and tries to transform the video forensics problem to a concise mathematical solution.. This project assumes that there is an “information center of mass” in any one image. The information center of mass is the convergence point of an image’s all information, which consists of the mass and the coordinate point. The changes of image content will incur changes in the information center of mass. This project attempts to use the equilibrium principle of physics. By clustering each row pixels, we can get the row center. We then can obtain the image information center by clustering all row centers. Finally, the video information center curve can be obtained by connecting all images information center. Thus, we can observe the video information changes according to the video center weight, position and directions of the video information center curve.. Through the threshold analysis on the change of the video frames, the offset of the information center of mass and the direction change of the curve of the center of mass, this project will realize the video forensics. The video forensics research based on the theory of the information center of mass is a novel idea, and the research results will provide a totally novel method and more technical supports for the video information security research and applications.

实时视频篡改检测，是目前研究的技术瓶颈。本课题拟改变传统的研究方法，融合图像、物理及数学相关理论，引入“信息质心”理念，尝试把复杂的视频篡改检测问题转变成较为简单的数理方法求解。 . 本课题认为，任何一幅图像都存在一个“信息质心”，信息质心是一幅图像信息的收敛点及支撑点，是一帧图像全部信息汇聚后的地方，图像信息的任何改变，都将引起信息质心的改变。课题拟用物理学平衡原理，首先对帧图像的每一行进行信息聚类，获得行信息支点，再根据行支点之间距离、权值及密度，进行再次聚类，从而获得帧图像的信息质心；对视频帧信息质心连接，获得视频信息质心曲线，尝试利用视频帧质心信息量、质心位置及质心曲线方向描述视频变化。. 本课题拟通过视频帧信息量改变、信息质心偏移及质心曲线变化的阈值分析，实现视频篡改检测。基于信息质心的视频篡改检测是一个全新的思维，将为视频信息安全研究提供一种新的方法。

视频篡改检测，是当下研究的热点，本课题提出了一个全新的信息质心理念，在三维图像中，根据图像信息量及分布，利用杠杆平衡原理把所有信息汇聚到一点上，得到图像信息质心。.研发过程中发现用杠杆平衡原理求图像质心过程复杂，效率较低，因此，我们又提出了一种基于显著度检测的信息质心的方法。首先利用对比度粗略提取图像显著信息；其次进行SLIC超像素分割，形成多个区域，对每个区域再进行信息质心的计算，得到区域信息质心；最后把区域信息质心作为局部支点，利用信息质心公式把所有局部支点汇聚到一点上，得到全局信息质心；再将局部信息质心和全局信息质心加入到显著性检测算法中，得到最终的显著图，然后再利用信息质心公式计算图像信息质心。.求得每帧的信息质心后，利用前后帧之间的一致性，使用提出的信息质心平滑算法，对前后帧视频进行评测，空域上视频帧信息篡改将会引起视频帧信息质心及信息量的变化，时域上视频帧的篡改将会引发质心曲线、信息方向的变化。因此，我们通过研究视频帧信息量、信息质心及信息方向的变化来判断视频篡改状态，达到快速准确的视频篡改检测目的。根据信息质心来做视频篡改检测，为视频安全信息研究提供了一种高效的方法。