[发明专利]JPEG图像双重压缩检测方法及系统

说明书

【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8×8块。对每一个分块，进行离散余弦变换(Discrete Cosine Transform，DCT)后，根据一个8×8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8×8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n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×n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。