[發明專利]JPEG圖像雙重壓縮檢測方法及系統

有效

• 申請號: 201110357479.0
• 申請日: 2011-11-11
• 公開（公告）號: CN102413328A
• 公開（公告）日: 2012-04-11
• 發明（設計）人: 楊建權;史芳玲;朱國普;黃繼武
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: H04N7/26
• 分類號: H04N7/26;H04N7/30;H04N7/64
• 代理公司: 廣州華進聯合專利商標代理有限公司 44224
• 代理人: 吳平

【技術領域】

本發明涉及圖像處理技術，尤其涉及一種JPEG圖像雙重壓縮檢測方法及系統。

【背景技術】

JPEG(Joint?Photographic?Experts?Group，聯合圖像專家小組)有損壓縮技術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節保真度，且提供了一種在二者間權衡的機制(通過選擇不同的壓縮質量因子)，因此在圖像攝取設備和網絡傳輸中廣泛應用。然而，圖像處理技術的快速發展，使得篡改JPEG圖像越發容易且不留視覺痕跡；圖像隱寫技術的成熟，也使得網絡上攜帶秘密信息的JPEG圖像數量越來越多。這些偽造或攜帶秘密信息的圖像如果不能被正確辨別，可能會造成嚴重的社會危害：如偽造的圖像見于新聞報道可能會誤導公眾輿論，用于法庭證據可能會導致假案錯案；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指令。僅靠人眼從海量的JPEG圖像中辨別哪些經過篡改或是隱藏有秘密信息顯得效率低下，不切實際，目前可行的解決方案是發展一種計算機自動篡改檢測與隱寫分析的技術。

不少學者已對JPEG圖像的篡改檢測和隱寫分析技術進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。圖像如果具有多個通道，則分別對每個通道進行壓縮，下面以亮度通道進行敘述，其它色差通道的處理過程類似。

JPEG壓縮時，首先將輸入圖像的亮度值矩陣分割成互不重疊的8×8塊。對每一個分塊，進行離散余弦變換(Discrete?Cosine?Transform，DCT)后，根據一個8×8的量化步長矩陣(也稱為量化表，每個量化表可用一個質量因子表示，如質量因子100對應最高的圖像保真度，質量因子1對應最低的圖像保真度，常用的質量因子范圍是50～100)對DCT系數進行量化，最后將所得的量化DCT系數進行編碼后寫成JPEG文件。由于是對8×8的分塊進行DCT，因此變換后可得到64個空間頻率，包括1個直流(DC)頻率和63個交流(AC)頻率。計算每個頻率量化DCT系數的直方圖，共可獲得64個直方圖。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，首先從JPEG文件頭讀取量化表并對文件內碼流進行解碼，得到量化DCT系數矩陣。根據量化表對量化DCT系數進行反量化、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系數直方圖上能反映出來。因此，在量化DCT系數直方圖上提取區分特征能夠檢測出JPEG圖像是否經過雙重壓縮。目前存在下述幾種基于量化DCT系數直方圖特征進行JPEG圖像雙重壓縮檢測的方法：

利用JPEG圖像量化DCT系數直方圖形狀進行雙重壓縮檢測方法。單次壓縮的JPEG圖像的量化DCT系數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分性。據此，Pevny和Fridrich提出的方法首先計算量化DCT系數絕對值的直方圖，并直接截取該直方圖的前15個值作為特征。如果考慮n個頻率，則把每個頻率的這15個特征依次排列，最終得到一個長度為15×n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)技術構造分類器。