专利名称：Jpeg图像双重压缩检测方法及系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及图像处理技术，尤其涉及一种JPEG图像双重压缩检测方法及系统。背景技术：
JPEG(Joint Photographic Experts Group，联合图像专家小组)有损压缩技术能够有效去除图像的冗余信息(如视觉冗余，频率冗余等)，具有较高的文件压缩率和细节保真度，且提供了一种在二者间权衡的机制(通过选择不同的压缩质量因子)，因此在图像摄取设备和网络传输中广泛应用。然而，图像处理技术的快速发展，使得篡改JPEG图像越发容易且不留视觉痕迹；图像隐写技术的成熟，也使得网络上携带秘密信息的JPEG图像数量越来越多。这些伪造或携带秘密信息的图像如果不能被正确辨别，可能会造成严重的社会危害如伪造的图像见于新闻报道可能会误导公众舆论，用于法庭证据可能会导致假案错案；携带秘密信息的图像可能会被恐怖分子，分裂分子用于秘密通信或传递行动指令。仅靠人眼从海量的JPEG图像中辨别哪些经过篡改或是隐藏有秘密信息显得效率低下，不切实际，目前可行的解决方案是发展一种计算机自动篡改检测与隐写分析的技术。不少学者已对JPEG图像的篡改检测和隐写分析技术进行了广泛深入的研究，提出了多种方法。这些方法通常都需要获知待检测JPEG图像的压缩历史信息，即需要获知图像是经过单次压缩还是双重压缩。由此可见，JPEG双重压缩检测方法作为前端处理，其有效性直接影响着具体的篡改检测或隐写分析算法的性能。JPEG图像压缩是基于分块的图像压缩方案。图像如果具有多个通道，则分别对每个通道进行压缩，下面以亮度通道进行叙述，其它色差通道的处理过程类似。JPEG压缩时，首先将输入图像的亮度值矩阵分割成互不重叠的8X8块。对每一个分块，进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)后，根据一个8X8的量化步长矩阵(也称为量化表，每个量化表可用一个质量因子表示，如质量因子100对应最高的图像保真度，质量因子1对应最低的图像保真度，常用的质量因子范围是50 100)对DCT系数进行量化，最后将所得的量化DCT系数进行编码后写成JPEG文件。由于是对8 X 8的分块进行DCT，因此变换后可得到64个空间频率，包括1个直流(DC)频率和63个交流(AC)频率。计算每个频率量化DCT系数的直方图，共可获得64个直方图。由于DC频率的直方图不服从特定分布，而较高AC频率的直方图的非零系数太少，因此在双重压缩检测过程中， 往往只采用较低AC频率的直方图提取特征。JPEG解压时，首先从JPEG文件头读取量化表并对文件内码流进行解码，得到量化DCT系数矩阵。根据量化表对量化DCT系数进行反量化、逆向离散余弦变换(Inverse Discrete Cosine Transform, IDCT)并取整后，还原出亮度值矩阵。在整个JPEG压缩和解压缩过程中，DCT与IDCT，编码与解码是两对无损操作，只有量化与反量化会导致图像信息丢失。换言之，量化与反量化会在JPEG图像上留下痕迹。单次压缩的JPEG图像上的量化痕迹与双重压缩的JPEG图像上的量化痕迹不同，这些痕迹在量化DCT系数直方图上能反映出来。因此，在量化DCT系数直方图上提取区分特征能够检测出JPEG图像是否经过双重压缩。目前存在下述几种基于量化DCT系数直方图特征进行 JPEG图像双重压缩检测的方法利用JPEG图像量化DCT系数直方图形状进行双重压缩检测方法。单次压缩的JPEG 图像的量化DCT系数绝对值的直方图具有大致平滑下降的趋势，而双重压缩的JPEG图像的该直方图则会出现局部峰值，局部最小值，双峰值等，其趋势不再平滑下降。换言之，直方图的形状具有区分性。据此，Pevny和Fridrich提出的方法首先计算量化DCT系数绝对值的直方图，并直接截取该直方图的前15个值作为特征。如果考虑η个频率，则把每个频率的这15个特征依次排列，最终得到一个长度为15 X η的特征矢量，作为JPEG图像双重压缩检测的特征矢量，并通过SVM(support vector machine，支持向量机)技术构造分类器。利用JPEG图像量化DCT系数的首位数字(如12的首位数字是1，214的首位数字是2)直方图进行双重压缩检测的方法。单次压缩的JPEG图像的量化DCT系数首位数字直方图满足广义Benford律，而双重压缩的JPEG图像的该直方图则会违背这一统计规律，据此可辨别JPEG图像是否经历双重压缩。Li等人提出的方法首先计算各频率量化DCT系数的首位数字直方图，直接将该直方图的值作为特征，共9个特征(因为首位数字只能是1 9)。如果考虑η个频率，则把每个频率的这9个特征依次排列，最终得到一个长度为9Xn 的特征矢量，作为JPEG图像双重压缩检测的特征矢量，并通过Fisher线性辨别技术构造分类器。利用JPEG图像量化DCT系数直方图的周期性进行双重压缩检测的方法。单次压缩的JPEG图像的量化DCT系数的直方图大致平滑下降，而双重压缩图像的该直方图会周期性地出现峰值或最小值，因此通过度量这些元素的周期性，可用于判别JPEG图像是否经过双重压缩。Popescu提出的方法首先计算量化DCT系数直方图的傅立叶幅度谱，通过曲线拟合技术消除幅度谱的背景形状，得到反映直方图周期性模式的谱线，然后通过与一些标准模板的谱线进行加权平均得到周期性度量值。该值越大，表明周期性越显著。最后通过设定一个阈值，对待测JPEG图像是否经历双重压缩进行判决。利用JPEG图像量化DCT系数直方图分布模型进行双重压缩检测的方法。单次压缩的JPEG图像的量化DCT AC系数的分布服从拉普拉斯分布，而双重压缩图像的量化DCT AC系数则不服从该分布，据此可辨别JPEG图像是否经历双重压缩。专利“针对JPEG图像二次压缩的检测方法”首先对图像的所有AC系数的分布进行拉普拉斯拟合，并将拟合分布与实际分布的差异作为特征矢量训练SVM得到分类器。这些方法提取的区分特征没有经过有效提炼，具有较大的冗余性，导致特征矢量冗长，分类器训练过程耗时，且对不同质量因子组合的双重压缩检测效果不够稳定。
发明内容鉴于此，有必要提供一种能够稳定有效工作且计算相对简单的JPEG图像双重压缩检测方法。本发明涉及一种JPEG图像双重压缩检测方法，包括以下步骤对待检测JPEG图像进行矫正获得参考图像；提取待检测JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值，排列成特征矢量；
采用经过训练的分类器对所述特征矢量进行分类，判别所述待检测JPEG图像是否经过双重压缩。优选地，所述对待检测JPEG图像进行矫正获得参考图像的步骤包括读取待检测JPEG图像的亮度量化表，并对所述待检测JPEG图像解压得到亮度值矩阵；删除所述亮度值矩阵的a行和b列；对删除部分行列后的亮度值矩阵用所述亮度量化表进行JPEG压缩，得到参考图像。优选地，删除所述亮度值矩阵的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。优选地，所述提取待检测JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值的步骤包括读取待检测JPEG图像和参考图像亮度平面上的量化DCT参数矩阵；计算待检测JPEG图像和参考图像在亮度平面上各个空间频率的量化DCT参数的直方图Hij和Gij，其中Hij表示待检测JPEG图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图，Gij表示参考图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图；根据下述公式计算各频率的特征值
权利要求
1.一种JPEG图像双重压缩检测方法，包括以下步骤对待检测JPEG图像进行矫正获得参考图像；提取待检测JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值，排列成特征矢量；采用经过训练的分类器对所述特征矢量进行分类，判别所述待检测JPEG图像是否经过双重压缩。
2.根据权利要求1所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，所述对待检测 JPEG图像进行矫正获得参考图像的步骤包括读取待检测JPEG图像的亮度量化表，并对所述待检测JPEG图像解压得到亮度值矩阵；删除所述亮度值矩阵的a行和b列；对删除部分行列后的亮度值矩阵用所述亮度量化表进行JPEG压缩，得到参考图像。
3.根据权利要求2所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，删除所述亮度值矩阵的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.根据权利要求1所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，所述提取待检测 JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值的步骤包括读取待检测JPEG图像和参考图像亮度平面上的量化DCT参数矩阵；计算待检测JPEG图像和参考图像在亮度平面上各个空间频率的量化DCT参数的直方图Hij和Gij，其中Hij表示待检测JPEG图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图，Gij表示参考图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图；根据下述公式计算各频率的特征值S1J =—N-，(i，j) e L H11(U)η=\式中，1^是频率位置构成的集合乂￡{1,2,...,8}><{1,2,...,8}。
5.根据权利要求1所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，所述量化DCT参数是量化DCT系数、量化DCT系数绝对值、量化DCT系数首位数字中的一种。
6.根据权利要求1所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，所述分类器的构造采用支持向量机技术。
7.根据权利要求6所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，分类器构造的步骤具体是选取未经压缩的图像构成训练图像集；对所述训练图像集中的图像，以质量因子QF2进行JPEG压缩，得到JPEG单次压缩图像集Ss ；对所述训练图像集中的图像，固定QF2，令QF1在^=；内等概率随机取值，并以质量因子 QF1和QF2对图像进行双重JPEG压缩，得到JPEG双重压缩图像集& ；上述的QF1表示第一次JPEG压缩的质量因子，QF1取值集合为Sei；，QF2表示第二次JPEG压缩的质量因子，QF2取值集合为^隅，QF1 Φ QF2 ；计算&和&中各图像的特征矢量，根据所述特征矢量对分类器进行训练；对QF2的每一个取值都训练一个分类器，共得到1 I个分类器，从而构成分类器组。
8.根据权利要求7所述的JPEG图像双重压缩检测方法，其特征在于，还包括提取待检测JPEG图像的亮度量化表，并得到亮度量化表对应的质量因子的步骤；所述采用经过训练的分类器对所述特征矢量进行分类，判别所述待检测JPEG图像是否经过双重压缩的步骤，选择的是与亮度量化表对应的质量因子相等的QF2对应的分类器进行判别。
9.一种JPEG图像双重压缩检测系统，其特征在于，包括以下模块 图像矫正模块，用于对待检测JPEG图像进行矫正获得参考图像；特征提取模块，用于提取待检测JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值，排列成特征矢量；判断模块，用于采用经过训练的分类器对所述特征矢量进行分类，判别所述待检测 JPEG图像是否经过双重压缩。
10.根据权利要求9所述的JPEG图像双重压缩检测系统，其特征在于，所述图像矫正模块还用于读取待检测JPEG图像的亮度量化表，并对所述待检测JPEG图像解压得到亮度值矩阵；删除所述亮度值矩阵的a行和b列；对删除部分行列后的亮度值矩阵用所述亮度量化表进行JPEG压缩，得到参考图像； 所述图像矫正模块删除所述亮度值矩阵的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；所述特征提取模块还用于读取待检测JPEG图像和参考图像亮度平面上的量化DCT参数矩阵； 计算待检测JPEG图像和参考图像在亮度平面上各个空间频率的量化DCT参数的直方图Hij和Gij，其中Hij表示待检测JPEG图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图，Gij表示参考图像第(i，j) (1彡i彡8，1彡j彡8)频率的直方图； 根据下述公式计算各频率的特征值
全文摘要
一种JPEG图像双重压缩检测方法，包括以下步骤对待检测JPEG图像进行矫正获得参考图像；提取待检测JPEG图像及参考图像的量化DCT参数的直方图，并根据两者直方图计算各频率的特征值；采用经训练的分类器对所述特征值进行模式识别，判别所述待检测JPEG图像是否经过双重压缩。上述JPEG图像双重压缩检测方法在待检测JPEG图像和参考图像的每个频率上只提取一个特征值，因此特征值个数少，分类器训练耗时短；特征值经过有效提炼，因此判别准确率高，性能稳定。此外，还提供一种JPEG图像双重压缩检测系统。
文档编号H04N7/26GK102413328SQ201110357479
公开日2012年4月11日 申请日期2011年11月11日 优先权日2011年11月11日
发明者史芳玲, 朱国普, 杨建权, 黄继武 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院