应用科学学报

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2019, 37(5): 0-0.

摘要 ( 552 )

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图像视频中ENF信号的分析及应用综述

崔三帅, 毛毛雨, 林晓丹, 康显桂

2019, 37(5): 573-589. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.001

摘要 ( 920 )

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多媒体录制设备在交流电场或交流电器设备环境中录制视频、图像或音频时，会同时记录电网频率的波动.电网频率（electric network frequency，ENF）具有实时性、连续性以及同电网一致性等特点.因此从这些录制的多媒体文件中估计出的ENF信号是一种很好的时间戳，可用于信息源检测、操作取证及媒体同步等任务.尽管音频、图像和视频中ENF信号存在的形式截然不同，但检测和估计的思路是一致的，部分处理手段是通用的.目前，ENF信号在音频这一载体的研究中已经积累了一些成果，而在图像视频分析中的研究还处于起步阶段.为了更全面地了解图像和视频中ENF信号的特点、估计方法及在信息取证等方面的应用，对相关研究成果进行了梳理总结.首先通过分析图像视频捕获过程来探究ENF信号的形成机理与特点，然后对ENF信号检测和估计中存在的问题及相关方法进行了总结分析，最后介绍了图像视频ENF信号在信息取证方面的应用并指出未来可能的研究方向.

5种流行假脸视频检测网络性能分析和比较

高逸飞, 胡永健, 余泽琼, 林育仪, 刘琲贝

2019, 37(5): 590-608. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.002

摘要 ( 1216 )

PDF (13815KB) ( 552 )

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为对抗假脸视频的危害，研究者目前已经提出了多种不同的基于卷积神经网络（convolutional neural networks，CNN）的假脸视频检测器，然而这些检测器所存在的一个共同问题是库内检测通常能达到较高的准确率，但跨库检测时性能出现严重下降，即存在严重的泛化能力不足问题.该文对基于MesoInception-4、MISLnet、ShallowNetV1、Inceptionv3、Xception这5种流行网络的假脸视频检测器，在现有3个假脸视频库上进行库内和跨库测试，重点分析数据库的划分方式、数据增广操作以及检测阈值选取这3个因素对假脸视频检测器泛化能力的影响.

基于LBP-MDCT和CNN的人脸活体检测算法

刘伟, 章琬苓, 项世军

2019, 37(5): 609-617. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.003

摘要 ( 1252 )

PDF (1734KB) ( 241 )

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人脸活体检测技术作为人脸识别系统安全运行的重要保障，对保障网络空间安全意义重大．针对基于视频的人脸欺骗攻击，提出一种基于局部二值模式-多层离散余弦变换（local binary pattern and multilayer discrete cosine transform，LBP-MDCT）和卷积神经网络（convolutional neural network，CNN）融合的人脸活体检测算法．首先从检测视频中提取人脸图像；接着对人脸图像进行LBP和多层DCT变换以得到LBP-MDC T特征，将部分人脸图像输入CNN中以得到CNN特征；然后将两种特征分别输入到支持向量机（supportvector machine，SVM）中得到分类结果；最后将SVM的输出进行决策级融合以判定检测视频的合法性．在Replay-Attack和CASIA-FASD数据库上的实验结果表明，相对于现有算法，该算法的检测性能更加优越.

基于卷积神经网络的面部图像修饰检测

王灿军, 廖鑫, 陈嘉欣, 秦拯, 刘绪崇

2019, 37(5): 618-630. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.004

摘要 ( 992 )

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为避免人为因素对人脸面部图像皮肤纹理特征提取产生的影响，用卷积神经网络算法对人脸图像修饰进行检测.传统的图像分类方法需要进行复杂的人工特征提取，而卷积神经网络可以自动学习并直接从图像中获取特征，解决了传统模式识别方法特征提取难的问题，具有更高的识别率和更广泛的实用性.在传统卷积神经网络模型中，调整卷积核大小、减少参数、改变卷积层滤波器数量、调整卷积层和池化层的交替方式、使用dropout来提高模型泛化能力以形成适用于人脸修饰检测的新的网络模型.实验结果表明，在引入的数据集上，新的网络模型对人脸图像的修饰检测有较强的鲁棒性，达到了较高的识别率.

基于位平面-块置乱的图像加密算法安全性分析

屈凌峰, 陈帆, 和红杰, 袁源

2019, 37(5): 631-642. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.005

摘要 ( 868 )

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针对基于阿诺德变换的加密算法（Arnold transform-based encryption method，ATBEM）提出一种基于图像块均方根的已知明文攻击方法.首先利用加密前后明文图像0、1分布比例不变的特征估计出位平面置乱顺序，恢复原始像素的值；然后根据块置乱和块内像素置乱保持像素值恒定不变的特性，定义图像块均方根特征以查找和估计块置乱矩阵.分析讨论了图像块置乱加密的安全性能，结果表明：对于图像块置乱加密，图像越平滑分块越小，破解所需的明密文对数越多，已知明文攻击难度越大.实验结果验证了图像纹理越复杂，攻击效果越好，在分块大小为2×2的条件下，攻击者仅需已知一对明文-密文对即可破解块置乱加密50%以上的图像内容，因此ATBEM加密算法难以抵抗所提出的已知明文攻击.

基于单边带调制的隐蔽语音传输方案

余鑫, 徐争光

2019, 37(5): 643-650. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.006

摘要 ( 844 )

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提出了一种基于单边带调制的隐蔽语音传输方案，首先通过带阻滤波器将背景通话中的特定频谱成分清除，然后将需要保密传输的语音以单边带调制的形式嵌入到正常语音的频域空洞中，从而实现智能手机上的隐蔽语音传输.该方案制作的原型系统，能够在不改变现有手机软硬件的情况下实现隐蔽语音传输.

基于残差全卷积网络的图像拼接定位算法

吴韵清, 吴鹏, 陈北京, 鞠兴旺, 高野

2019, 37(5): 651-662. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.007

摘要 ( 1143 )

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为解决现有篡改定位网络随着深度加深不易收敛的问题，提出一种基于残差全卷积网络的图像拼接定位算法.所提算法一方面迁移残差思想，在全卷积神经网络（fullyconvolutional network，FCN）的部分卷积层中引入shortcut连接，使其输出的不仅是输入的映射，还是输入映射与输入的叠加.另一方面结合条件随机场（conditional random field，CRF）对定位结果进行后处理，并将FCN与CRF整合在一个端到端的学习系统中，进一步提高定位精度.此外，所提算法还融合3种FCN（FCN8、FCN16、FCN32）的预测结果.在实验中，随机选取公开数据集CASIA v2.0的5/6篡改图像作为训练集，然后对剩余1/6进行测试.为了测试提出算法的泛化性能，采用训练好的模型在公开数据集CASIA v1.0和DVMM上进行交叉测试.在3个数据集上的测试结果表明，所提算法的性能优于现有一些方法.

基于关联网络模型的H.264/AVC运动矢量调制信息隐藏检测方法

李松斌, 杨洁, 刘鹏, 王凌睿

2019, 37(5): 663-672. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.008

摘要 ( 960 )

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H.264/AVC运动矢量信息隐藏方法具有较大的嵌入容量，同时对重建帧的视频质量引入的附加失真较小，是一种重要的H.264/AVC视频信息隐藏方法.针对该种信息隐藏方法提出了一种隐写分析方法.由于视频帧中物体的完整性和物体在帧间运动的连续性，H.264/AVC时域及空域中相邻编码宏块的运动矢量存在一定的相关性.据此，建立了用于运动矢量隐写分析的时空相邻宏块运动矢量关联网络模型.通过对关联网络进行剪枝得到强相关网络，并对强相关网络中顶点之间的相关性进行了量化表示，从而提取了用于隐写分析的特征向量，结合支持向量机（support vector machine，SVM）构建了隐写检测器.实验表明，与现有的隐写分析算法相比，该文方法具有更好的检测性能，检测准确率均超过90%.

改进块旋转和马赛克拼图的生成式伪装方法

赵运营, 邵利平, 王洋, 陆海

2019, 37(5): 673-690. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.009

摘要 ( 967 )

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结合块旋转和马赛克拼图的生成式伪装方法通过在嵌密位置放置与待隐藏秘密信息相关的圆形图像对秘密信息进行表达，会导致生成的马赛克图像的视觉质量较差，而较差的视觉质量也容易导致隐藏的秘密信息发生泄漏.为避免该问题，提出一种改进块旋转和马赛克拼图的生成式伪装方法.在该方法中，首先将多个灰度图像转换为圆形图像并按像素均值增序排列作为编码图像，将掩体图像直接通过误差扩散预处理转化为多级半色调图像；其次，通过随机坐标序列来决定秘密信息的隐藏位置，通过生成随机加密映射矩阵对秘密信息进行加密映射处理；最后，遍历掩体图像选取像素值对应的编码图像，对于隐藏和非隐藏位置，分别将编码图像旋转与秘密信息相关角度和随机角度，进而生成马赛克图像.在提取时，根据密钥结合质心旋转匹配策略以及区间认证策略对秘密信息进行认证以提高秘密信息认证的精度.实验表明，所提方法直接用编码圆形图像的旋转角度来表达秘密信息，在放置过程中始终选取以掩体像素值相对应的编码圆形图像来表达秘密信息，因而不会产生任何偏差，也不会导致任何视觉质量下降，具有良好的视觉质量.该方法引入了区间认证策略，具有较高的认证精度，所提方法具有较强的抗攻击鲁棒性且提取过程完全依赖于密钥，具有较高的安全性.

基于对立色与显著区域的紧凑图像哈希算法

赵琰, 周晓炜, 沈麒

2019, 37(5): 691-703. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.010

摘要 ( 998 )

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为了有效利用图像的颜色与局部信息提高算法识别能力，提出了一种基于颜色信息与显著区域的紧凑图像哈希算法.首先对输入图像进行预处理，然后提取图像的颜色对立色与亮度分量，并从颜色对立色中获取颜色特征，进而对亮度分量按照视觉注意力权重矩阵提取图像显著区域的稳健特征，最后将所有特征联合起来并扰乱得到最终的哈希序列.实验结果表明，所提算法与已有的哈希算法对比具有更好的图像分类性能、较短的哈希长度和较少的运算时间.同时，在篡改检测上具有较好的识别能力.

基于三方加权稀疏编码模型的PRNU提取算法

张永胜, 田华伟, 肖延辉, 郝昕泽, 张明旺

2019, 37(5): 704-710. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.011

摘要 ( 817 )

PDF (3140KB) ( 93 )

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估计图像中真实噪声是基于光照响应不一致（photo-response non-uniformity， PRNU）对图像来源取证的关键步骤.相较于加性高斯白噪声（additive white Gaussian noise， AWGN）的估计，现有多数PRNU提取算法所采用的噪声估计算法在图像真实噪声提取方面性能劣势明显.该文提出了一种基于三方加权稀疏编码模型（trilateral weighted sparse codingmodel，TWSCM）的PRNU提取算法.TWSCM在估计噪声时能够保留更多PRNU噪声成分，有助于对图像中PRNU噪声的提取，因此在真实噪声估计上具有较好的性能.在当前最大的图像相机源取证基准库上的测试，实验结果证明所提出的基于TWSC的PRNU提取算法在图像相机源取证任务中具有较好的性能.

一种基于DPI和负载随机性的加密流量识别方法

孙中军, 翟江涛, 戴跃伟

2019, 37(5): 711-720. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.012

摘要 ( 1125 )

PDF (10416KB) ( 96 )

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随着加密技术的发展和私有协议的不断出现，加密流量的识别已经成为信息安全领域的重要研究方向.该文在现有加密流量识别技术研究基础上提出一种基于深度包检测技术（deep packet inspection，DPI）和负载随机性的加密流量识别方法，该方法主要分为三部分：首先用DPI技术对网络流量快速筛选识别；其次对DPI无法识别流量的有效负载计算信息熵值和蒙特卡罗仿真估计π值的误差；最后输入C4.5决策树分类器进行分类评估.所提方法不仅可克服了DPI无法完全识别协议交互阶段的加密数据和私有协议的缺陷，同时解决了用信息熵识别加密流量和非加密压缩流量误判的问题.实验表明，所提方法较现有的识别模型对加密流量的识别效果有较大提高，同时验证了所提方法的鲁棒性.

基于秘密信息驱动的正交GAN信息隐藏模型

朱翌明, 陈帆, 和红杰, 陈鸿佑

2019, 37(5): 721-732. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.013

摘要 ( 1263 )

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噪声驱动生成对抗网络（generative adversarial network，GAN）的生成器能生成高质量数字图像，为信息隐藏提供了新的数据载体.利用正交GAN的判别器能提取生成图像特征码的特性，提出了一种基于秘密信息驱动的正交GAN无载体信息隐藏模型.信息隐藏时，将待隐藏信息的二进制序列按分组量化规则映射为噪声向量，由该噪声向量驱动正交GAN的生成器生成含密数字图像.在信息提取时，首先利用正交GAN的判别器提取含密图像的特征码，然后利用U型网络实现从特征码到驱动噪声的映射，进而恢复秘密信息.在CelebA人脸数据集上对搭建的无载体信息隐藏模型进行对抗学习，生成器能够生成高质量的含密图像，判别器与U型网络相结合能从含密图像中提取秘密信息.与最新同类算法相比，在信息隐藏容量相同的条件下，模型具有较好的信息提取准确率、安全性等性能，同时减少了训练开销，提高了算法的实用性.

基于图像翻译的载体选择式图像隐写方案

李宗翰, 刘佳, 柯彦, 张敏情, 罗鹏

2019, 37(5): 733-743. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.014

摘要 ( 834 )

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针对基于载体选择的隐写算法存在的安全问题，提出了一种基于图像翻译的载体选择式图像隐写方案.发送方按载体选择的方法从图像库中选取秘密信息并得到含密图像，然后输入到跨域变换模型中进行跨域变换，生成跨域图像并传递给接收方；接收方将跨域图像输入到发送方，由线下传递的跨域变换模型中得到含密图像，然后依据映射关系库将含密图像逆向转化为秘密信息.实验结果表明，所提出的方案在容量、抗检测性和安全性方面均有明显提升.

面向全容量的高性能彩色图像可逆信息隐藏算法

王俊祥, 毛宁雄, 赵怡, 王春桃

2019, 37(5): 744-760. doi:10.3969/j.issn.0255-8297.2019.05.015

摘要 ( 935 )

PDF (8336KB) ( 63 )

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可逆信息隐藏主流算法通常基于经验给出各种固定的边信息（峰值点和零点对）搜索方案用于直方图平移过程，使得算法性能受到较大限制.为进一步提高算法效率，该文给出一种面向全容量（从小容量到大容量）的自适应嵌入方案，根据给定的嵌入容量选择近似最优的边信息.所提出的基于多特征排序的嵌入位置优选策略，能够搜索到更光滑的区域进行信息嵌入，从而提高算法性能；基于给定的嵌入容量，给出了一种基于智能优化算法的自适应边信息优选方案.实验结果表明，该算法可以实现全容量下的信息嵌入，并且获得的算法性能更好.

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