專利名稱：Jpeg圖像雙重壓縮檢測方法及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理技術(shù)，尤其涉及一種JPEG圖像雙重壓縮檢測方法及系統(tǒng)。背景技術(shù)：
JPEG(Joint Photographic Experts Group，聯(lián)合圖像專家小組)有損壓縮技術(shù)能夠有效去除圖像的冗余信息(如視覺冗余，頻率冗余等)，具有較高的文件壓縮率和細(xì)節(jié)保真度，且提供了一種在二者間權(quán)衡的機(jī)制(通過選擇不同的壓縮質(zhì)量因子)，因此在圖像攝取設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)傳輸中廣泛應(yīng)用。然而，圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，使得篡改JPEG圖像越發(fā)容易且不留視覺痕跡；圖像隱寫技術(shù)的成熟，也使得網(wǎng)絡(luò)上攜帶秘密信息的JPEG圖像數(shù)量越來越多。這些偽造或攜帶秘密信息的圖像如果不能被正確辨別，可能會造成嚴(yán)重的社會危害如偽造的圖像見于新聞報(bào)道可能會誤導(dǎo)公眾輿論，用于法庭證據(jù)可能會導(dǎo)致假案錯(cuò)案；攜帶秘密信息的圖像可能會被恐怖分子，分裂分子用于秘密通信或傳遞行動(dòng)指令。僅靠人眼從海量的JPEG圖像中辨別哪些經(jīng)過篡改或是隱藏有秘密信息顯得效率低下，不切實(shí)際，目前可行的解決方案是發(fā)展一種計(jì)算機(jī)自動(dòng)篡改檢測與隱寫分析的技術(shù)。不少學(xué)者已對JPEG圖像的篡改檢測和隱寫分析技術(shù)進(jìn)行了廣泛深入的研究，提出了多種方法。這些方法通常都需要獲知待檢測JPEG圖像的壓縮歷史信息，即需要獲知圖像是經(jīng)過單次壓縮還是雙重壓縮。由此可見，JPEG雙重壓縮檢測方法作為前端處理，其有效性直接影響著具體的篡改檢測或隱寫分析算法的性能。JPEG圖像壓縮是基于分塊的圖像壓縮方案。圖像如果具有多個(gè)通道，則分別對每個(gè)通道進(jìn)行壓縮，下面以亮度通道進(jìn)行敘述，其它色差通道的處理過程類似。JPEG壓縮時(shí)，首先將輸入圖像的亮度值矩陣分割成互不重疊的8X8塊。對每一個(gè)分塊，進(jìn)行離散余弦變換(Discrete Cosine Transform, DCT)后，根據(jù)一個(gè)8X8的量化步長矩陣(也稱為量化表，每個(gè)量化表可用一個(gè)質(zhì)量因子表示，如質(zhì)量因子100對應(yīng)最高的圖像保真度，質(zhì)量因子1對應(yīng)最低的圖像保真度，常用的質(zhì)量因子范圍是50 100)對DCT系數(shù)進(jìn)行量化，最后將所得的量化DCT系數(shù)進(jìn)行編碼后寫成JPEG文件。由于是對8 X 8的分塊進(jìn)行DCT，因此變換后可得到64個(gè)空間頻率，包括1個(gè)直流(DC)頻率和63個(gè)交流(AC)頻率。計(jì)算每個(gè)頻率量化DCT系數(shù)的直方圖，共可獲得64個(gè)直方圖。由于DC頻率的直方圖不服從特定分布，而較高AC頻率的直方圖的非零系數(shù)太少，因此在雙重壓縮檢測過程中， 往往只采用較低AC頻率的直方圖提取特征。JPEG解壓時(shí)，首先從JPEG文件頭讀取量化表并對文件內(nèi)碼流進(jìn)行解碼，得到量化DCT系數(shù)矩陣。根據(jù)量化表對量化DCT系數(shù)進(jìn)行反量化、逆向離散余弦變換(Inverse Discrete Cosine Transform, IDCT)并取整后，還原出亮度值矩陣。在整個(gè)JPEG壓縮和解壓縮過程中，DCT與IDCT，編碼與解碼是兩對無損操作，只有量化與反量化會導(dǎo)致圖像信息丟失。換言之，量化與反量化會在JPEG圖像上留下痕跡。單次壓縮的JPEG圖像上的量化痕跡與雙重壓縮的JPEG圖像上的量化痕跡不同，這些痕跡在量化DCT系數(shù)直方圖上能反映出來。因此，在量化DCT系數(shù)直方圖上提取區(qū)分特征能夠檢測出JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。目前存在下述幾種基于量化DCT系數(shù)直方圖特征進(jìn)行 JPEG圖像雙重壓縮檢測的方法利用JPEG圖像量化DCT系數(shù)直方圖形狀進(jìn)行雙重壓縮檢測方法。單次壓縮的JPEG 圖像的量化DCT系數(shù)絕對值的直方圖具有大致平滑下降的趨勢，而雙重壓縮的JPEG圖像的該直方圖則會出現(xiàn)局部峰值，局部最小值，雙峰值等，其趨勢不再平滑下降。換言之，直方圖的形狀具有區(qū)分性。據(jù)此，Pevny和Fridrich提出的方法首先計(jì)算量化DCT系數(shù)絕對值的直方圖，并直接截取該直方圖的前15個(gè)值作為特征。如果考慮η個(gè)頻率，則把每個(gè)頻率的這15個(gè)特征依次排列，最終得到一個(gè)長度為15 X η的特征矢量，作為JPEG圖像雙重壓縮檢測的特征矢量，并通過SVM(support vector machine，支持向量機(jī))技術(shù)構(gòu)造分類器。利用JPEG圖像量化DCT系數(shù)的首位數(shù)字(如12的首位數(shù)字是1，214的首位數(shù)字是2)直方圖進(jìn)行雙重壓縮檢測的方法。單次壓縮的JPEG圖像的量化DCT系數(shù)首位數(shù)字直方圖滿足廣義Benford律，而雙重壓縮的JPEG圖像的該直方圖則會違背這一統(tǒng)計(jì)規(guī)律，據(jù)此可辨別JPEG圖像是否經(jīng)歷雙重壓縮。Li等人提出的方法首先計(jì)算各頻率量化DCT系數(shù)的首位數(shù)字直方圖，直接將該直方圖的值作為特征，共9個(gè)特征(因?yàn)槭孜粩?shù)字只能是1 9)。如果考慮η個(gè)頻率，則把每個(gè)頻率的這9個(gè)特征依次排列，最終得到一個(gè)長度為9Xn 的特征矢量，作為JPEG圖像雙重壓縮檢測的特征矢量，并通過Fisher線性辨別技術(shù)構(gòu)造分類器。利用JPEG圖像量化DCT系數(shù)直方圖的周期性進(jìn)行雙重壓縮檢測的方法。單次壓縮的JPEG圖像的量化DCT系數(shù)的直方圖大致平滑下降，而雙重壓縮圖像的該直方圖會周期性地出現(xiàn)峰值或最小值，因此通過度量這些元素的周期性，可用于判別JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。Popescu提出的方法首先計(jì)算量化DCT系數(shù)直方圖的傅立葉幅度譜，通過曲線擬合技術(shù)消除幅度譜的背景形狀，得到反映直方圖周期性模式的譜線，然后通過與一些標(biāo)準(zhǔn)模板的譜線進(jìn)行加權(quán)平均得到周期性度量值。該值越大，表明周期性越顯著。最后通過設(shè)定一個(gè)閾值，對待測JPEG圖像是否經(jīng)歷雙重壓縮進(jìn)行判決。利用JPEG圖像量化DCT系數(shù)直方圖分布模型進(jìn)行雙重壓縮檢測的方法。單次壓縮的JPEG圖像的量化DCT AC系數(shù)的分布服從拉普拉斯分布，而雙重壓縮圖像的量化DCT AC系數(shù)則不服從該分布，據(jù)此可辨別JPEG圖像是否經(jīng)歷雙重壓縮。專利“針對JPEG圖像二次壓縮的檢測方法”首先對圖像的所有AC系數(shù)的分布進(jìn)行拉普拉斯擬合，并將擬合分布與實(shí)際分布的差異作為特征矢量訓(xùn)練SVM得到分類器。這些方法提取的區(qū)分特征沒有經(jīng)過有效提煉，具有較大的冗余性，導(dǎo)致特征矢量冗長，分類器訓(xùn)練過程耗時(shí)，且對不同質(zhì)量因子組合的雙重壓縮檢測效果不夠穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容鑒于此，有必要提供一種能夠穩(wěn)定有效工作且計(jì)算相對簡單的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法。本發(fā)明涉及一種JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，包括以下步驟對待檢測JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像；提取待檢測JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值，排列成特征矢量；
采用經(jīng)過訓(xùn)練的分類器對所述特征矢量進(jìn)行分類，判別所述待檢測JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。優(yōu)選地，所述對待檢測JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像的步驟包括讀取待檢測JPEG圖像的亮度量化表，并對所述待檢測JPEG圖像解壓得到亮度值矩陣；刪除所述亮度值矩陣的a行和b列；對刪除部分行列后的亮度值矩陣用所述亮度量化表進(jìn)行JPEG壓縮，得到參考圖像。優(yōu)選地，刪除所述亮度值矩陣的a行和b列是第1 η行、第1 m列、最后8_n 行和最后8-m列。優(yōu)選地，所述提取待檢測JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值的步驟包括讀取待檢測JPEG圖像和參考圖像亮度平面上的量化DCT參數(shù)矩陣；計(jì)算待檢測JPEG圖像和參考圖像在亮度平面上各個(gè)空間頻率的量化DCT參數(shù)的直方圖Hij和Gij，其中Hij表示待檢測JPEG圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖，Gij表示參考圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖；根據(jù)下述公式計(jì)算各頻率的特征值
權(quán)利要求
1.一種JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，包括以下步驟對待檢測JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像；提取待檢測JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值，排列成特征矢量；采用經(jīng)過訓(xùn)練的分類器對所述特征矢量進(jìn)行分類，判別所述待檢測JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，所述對待檢測 JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像的步驟包括讀取待檢測JPEG圖像的亮度量化表，并對所述待檢測JPEG圖像解壓得到亮度值矩陣；刪除所述亮度值矩陣的a行和b列；對刪除部分行列后的亮度值矩陣用所述亮度量化表進(jìn)行JPEG壓縮，得到參考圖像。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，刪除所述亮度值矩陣的a行和b列是第1 η行、第1 m列、最后8_n行和最后8_m列。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，所述提取待檢測 JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值的步驟包括讀取待檢測JPEG圖像和參考圖像亮度平面上的量化DCT參數(shù)矩陣；計(jì)算待檢測JPEG圖像和參考圖像在亮度平面上各個(gè)空間頻率的量化DCT參數(shù)的直方圖Hij和Gij，其中Hij表示待檢測JPEG圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖，Gij表示參考圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖；根據(jù)下述公式計(jì)算各頻率的特征值S1J =—N-，(i，j) e L H11(U)η=\式中，1^是頻率位置構(gòu)成的集合乂￡{1,2,...,8}><{1,2,...,8}。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，所述量化DCT參數(shù)是量化DCT系數(shù)、量化DCT系數(shù)絕對值、量化DCT系數(shù)首位數(shù)字中的一種。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，所述分類器的構(gòu)造采用支持向量機(jī)技術(shù)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，分類器構(gòu)造的步驟具體是選取未經(jīng)壓縮的圖像構(gòu)成訓(xùn)練圖像集；對所述訓(xùn)練圖像集中的圖像，以質(zhì)量因子QF2進(jìn)行JPEG壓縮，得到JPEG單次壓縮圖像集Ss ；對所述訓(xùn)練圖像集中的圖像，固定QF2，令QF1在^=；內(nèi)等概率隨機(jī)取值，并以質(zhì)量因子 QF1和QF2對圖像進(jìn)行雙重JPEG壓縮，得到JPEG雙重壓縮圖像集& ；上述的QF1表示第一次JPEG壓縮的質(zhì)量因子，QF1取值集合為Sei；，QF2表示第二次JPEG壓縮的質(zhì)量因子，QF2取值集合為^隅，QF1 Φ QF2 ；計(jì)算&和&中各圖像的特征矢量，根據(jù)所述特征矢量對分類器進(jìn)行訓(xùn)練；對QF2的每一個(gè)取值都訓(xùn)練一個(gè)分類器，共得到1 I個(gè)分類器，從而構(gòu)成分類器組。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，其特征在于，還包括提取待檢測JPEG圖像的亮度量化表，并得到亮度量化表對應(yīng)的質(zhì)量因子的步驟；所述采用經(jīng)過訓(xùn)練的分類器對所述特征矢量進(jìn)行分類，判別所述待檢測JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮的步驟，選擇的是與亮度量化表對應(yīng)的質(zhì)量因子相等的QF2對應(yīng)的分類器進(jìn)行判別。
9.一種JPEG圖像雙重壓縮檢測系統(tǒng)，其特征在于，包括以下模塊 圖像矯正模塊，用于對待檢測JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像；特征提取模塊，用于提取待檢測JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值，排列成特征矢量；判斷模塊，用于采用經(jīng)過訓(xùn)練的分類器對所述特征矢量進(jìn)行分類，判別所述待檢測 JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的JPEG圖像雙重壓縮檢測系統(tǒng)，其特征在于，所述圖像矯正模塊還用于讀取待檢測JPEG圖像的亮度量化表，并對所述待檢測JPEG圖像解壓得到亮度值矩陣；刪除所述亮度值矩陣的a行和b列；對刪除部分行列后的亮度值矩陣用所述亮度量化表進(jìn)行JPEG壓縮，得到參考圖像； 所述圖像矯正模塊刪除所述亮度值矩陣的a行和b列是第1 η行、第1 m列、最后 8-n行和最后8-m列；所述特征提取模塊還用于讀取待檢測JPEG圖像和參考圖像亮度平面上的量化DCT參數(shù)矩陣； 計(jì)算待檢測JPEG圖像和參考圖像在亮度平面上各個(gè)空間頻率的量化DCT參數(shù)的直方圖Hij和Gij，其中Hij表示待檢測JPEG圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖，Gij表示參考圖像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)頻率的直方圖； 根據(jù)下述公式計(jì)算各頻率的特征值
全文摘要
一種JPEG圖像雙重壓縮檢測方法，包括以下步驟對待檢測JPEG圖像進(jìn)行矯正獲得參考圖像；提取待檢測JPEG圖像及參考圖像的量化DCT參數(shù)的直方圖，并根據(jù)兩者直方圖計(jì)算各頻率的特征值；采用經(jīng)訓(xùn)練的分類器對所述特征值進(jìn)行模式識別，判別所述待檢測JPEG圖像是否經(jīng)過雙重壓縮。上述JPEG圖像雙重壓縮檢測方法在待檢測JPEG圖像和參考圖像的每個(gè)頻率上只提取一個(gè)特征值，因此特征值個(gè)數(shù)少，分類器訓(xùn)練耗時(shí)短；特征值經(jīng)過有效提煉，因此判別準(zhǔn)確率高，性能穩(wěn)定。此外，還提供一種JPEG圖像雙重壓縮檢測系統(tǒng)。
文檔編號H04N7/26GK102413328SQ201110357479
公開日2012年4月11日 申請日期2011年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月11日
發(fā)明者史芳玲, 朱國普, 楊建權(quán), 黃繼武 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院