一種針對jpeg圖像二次壓縮的檢測方法
2023-12-08 16:28:26 1
專利名稱：一種針對jpeg圖像二次壓縮的檢測方法
技術領域：
本發明涉及圖像篡改檢測領域，具體來說是給出一種檢測JPEG圖像二次壓縮的新方法。
背景技術：
JPEG 是聯合圖像專家組(joint photographic experts group)的簡稱，JPEG 壓 縮標準提供了一種適用於各種連續色調圖像的壓縮方法，原圖像類型可以不受圖像尺寸， 內容，統計特性，像素形狀以及顏色空間的限制，允許用不同的壓縮比例對文件進行壓縮並 能得到較好的圖像品質，且能減少圖像的傳輸時間，因此廣泛應用於網際網路及其他靜止圖 像領域。近十年來，由於圖像編輯軟體的普遍使用使數字圖像的真偽鑑別具有越來越重要 的意義。二次JPEG壓縮是指別分使用不同的質量因子Q1和Q2對同一圖像進行兩次JPEG 壓縮，若且唯若Q1≠ Q2時圖像才被認為是經過二次JPEG壓縮。現有的針對二次JPEG壓 縮的檢測方法主要有以下兩類第一類是估計JPEG圖像的原始量化矩陣或原始量化步長， 這類方法在現有二次JPEG壓縮檢測中佔有相當比例，例如通過裁剪原圖像或利用神經網 絡來估計原始量化步長或原始量化矩陣，通過數學推理分析二次壓縮的周期效應，利用DCT 係數直方圖的傅立葉變換實現原始量化步長的估計，通過分析二次壓縮後DCT係數直方圖 的某些特有特徵來估計原始量化步長等；第二類方法是通過分析DCT係數直方圖的特徵來 構造參數，設定判決準則，並以此判斷圖像是否經過二次壓縮。上述兩大類方法是現有檢測 二次JPEG壓縮的主流方法，此外還有其他方法如分析數字圖像和數位相機的噪聲相關性 來判斷圖像是否經過二次JPEG壓縮等。上述方法的缺點在於計算量較大，算法複雜，並且在某些情況下，如裁剪檢測圖像 會造成估計的不準確，並且對於當一次壓縮的質量因子是二次壓縮質量因子的倍數的情況 並不適用。
發明內容
本發明提出一種針對JPEG圖像二次壓縮的檢測方法，本方法所針對的二次JPEG 壓縮是指對一幅無損存儲的圖像分別使用質量因子Q1和Q2進行兩次JPEG壓縮，並且 Q1 ≠ Q2,才稱該圖像經過二次JPEG壓縮，一次JPEG壓縮是指對一副無損存儲的圖像使用一 定的量化因子進行一次JPEG壓縮，則稱該圖像經過一次JPEG壓縮。本發明利用一次JPEG壓縮的DCT係數中的AC係數直方圖符合拉普拉斯分布的特 性，通過擬合待檢測JPEG圖像的一次壓縮的AC係數的拉普拉斯分布函數來構造用於SVM 分類的特徵向量，即通過比較擬合得到的分布函數與檢測圖像的實際AC係數歸一化的直 方圖分布的差異大小，使用SVM分類來判斷JPEG圖像是否經過二次壓縮。本發明包括如下 步驟1)輸入或瀏覽選擇待檢測JPEG圖像所在的文件夾路徑，該路徑下所有的JPEG圖像都將被檢測；2)輸入或瀏覽選擇檢測結果保存的文件名和路徑，默認路徑為檢測執行程序所在 路徑；3)設定「統計量的AC值取值範圍」被選中時，通過下拉條選擇AC係數值的取值範 圍，可改變AC係數值在不同取值區間所對應的特徵矢量的維數，默認為-10到10;4)點擊「檢測」按鈕，執行JPEG圖像二次壓縮的檢測，將檢測結果統計量保存到設 定路徑下；5)用SVM分類判斷待檢測圖像是否經過二次壓縮，檢測結果報告能夠顯示圖像是 否經過二次壓縮、選取的統計量的值、檢測圖像總數、經過二次JPEG壓縮的圖像總數。上述的二次JPEG壓縮檢測方法，其特點在於具體檢測過程包括如下步驟1)讀取待檢測JPEG圖像的DCT係數的AC係數；2)擬合待檢測JPEG圖像的一次壓縮的AC係數的分布函數；3)選取、計算統計量；4)採用SVM分類，判斷圖像是否經過二次壓縮；其特點在於在步驟2)中基於一次JPEG壓縮的DCT係數中的AC係數的直方圖符 合拉普拉斯分布的原理，通過待檢測圖像的AC係數來擬合一次JPEG壓縮的AC係數的拉普 拉斯分布函數，以此作為待檢測圖像一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數的估計；在步驟 3)中統計量的選取基於以下原理經過一次JPEG壓縮的圖像的AC係數的直方圖分布符合 拉普拉斯分布，而經過二次JPEG壓縮的圖像的AC係數的直方圖不再符合拉普拉斯分布，因 此通過擬合的方法來估計待檢測圖像的一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數，將擬合的分 布函數與待檢測圖像實際的AC係數的歸一化的直方圖分布進行比較，若待檢測圖像經過 一次JPEG壓縮，則二者的差異會很小，若待檢測圖像經過二次JPEG壓縮，則二者之間的差 異將會很大，本方法中選取待檢測圖像的AC係數歸一化的直方圖的分布與擬合的一次壓 縮的AC係數的分布函數之間的差異為統計量，統計量的意義在於它反映了通過擬合得到 的一次JPEG壓縮的AC係數的直方圖與待檢測圖像實際的AC係數的直方圖的差異的大小。上述的二次JPEG壓縮的檢測方法，其特點在於所述步驟2)擬合待檢測JPEG圖 像的一次壓縮的DCT係數中的AC係數的分布函數進一步包括如下步驟對一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數的擬合需要通過兩個參數來實現，分布函 數的數學期望與方差，這兩個參數均是通過計算待檢測JPEG圖像的AC係數的數學期望和 方差來獲得。根據待檢測JPEG圖像的DCT係數的AC係數的直方圖來計算分布函數的數學
期望，令X為JPEG圖像的DCT係數的AC係數(X的取值範圍為-128到128的整數)，令
T(X)為χ在AC係數直方圖上的出現頻率，圖像所有AC係數的出現頻率之和記為
權利要求
一種針對JPEG圖像二次壓縮的檢測方法，本方法利用一次JPEG壓縮的DCT係數中的AC係數直方圖符合拉普拉斯分布的特性，通過擬合待檢測JPEG圖像的一次壓縮的AC係數的拉普拉斯分布函數來構造檢測統計量，即比較通過擬合得到的分布函數與檢測圖像的實際AC係數歸一化的直方圖分布的差異大小，使用SVM分類來判斷JPEG圖像是否經過二次壓縮，所述二次壓縮檢測算法具體包括以下四個步驟1)讀取待檢測JPEG圖像的DCT係數的AC係數；2)擬合待檢測JPEG圖像的一次壓縮的AC係數的分布函數；3)選取、計算統計量；4)採用SVM分類，判決圖像是否經過二次壓縮；其特點在於本方法所針對的二次JPEG壓縮是指對一幅無損存儲的圖像分別使用質量因子Q1和Q2進行兩次JPEG壓縮，並且Q1≠Q2，則稱該圖像經過二次JPEG壓縮，一次JPEG壓縮是指對一副無損存儲的圖像使用一定的量化因子進行一次JPEG壓縮，則稱該圖像經過一次JPEG壓縮；在步驟2)中基於一次JPEG壓縮的DCT係數中的AC係數的直方圖符合拉普拉斯分布的原理，通過待檢測圖像的AC係數來擬合一次JPEG壓縮的AC係數的拉普拉斯分布函數，以此作為待檢測圖像一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數的估計；在步驟3)中統計量的選取基於以下原理經過一次JPEG壓縮的圖像的AC係數的直方圖分布符合拉普拉斯分布，而經過二次JPEG壓縮的圖像的AC係數的直方圖不再符合拉普拉斯分布，因此通過擬合的方法來估計待檢測圖像的一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數，將擬合的分布函數與待檢測圖像實際的AC係數的歸一化的直方圖分布進行比較，若待檢測圖像經過一次JPEG壓縮，則二者的差異會很小，若待檢測圖像經過二次JPEG壓縮，則二者之間的差異將會很大，本方法中選取待檢測圖像的AC係數歸一化的直方圖的分布與擬合的一次壓縮的AC係數的分布函數之間的差異為統計量，統計量的意義在於它反映了通過擬合得到的一次JPEG壓縮的AC係數的直方圖與待檢測圖像實際的AC係數的直方圖的差異的大小。
2.根據權利要求1所述的二次JPEG壓縮的檢測方法，其特徵在於所述步驟2)擬合 待檢測JPEG圖像的一次壓縮的DCT係數中的AC係數的分布函數進一步包括如下步驟對一次JPEG壓縮的AC係數的分布函數的擬合需要通過兩個參數來實現，分布函數的 數學期望與方差，這兩個參數均是通過計算待檢測JPEG圖像的AC係數的數學期望和方差 來獲得；根據待檢測JPEG圖像的AC係數的直方圖來計算分布函數的數學期望，令χ為JPEG圖像的AC係數的取值(χ的取值範圍為-128到128的整數)，令T (χ)為χ在AC係數直方圖 上的出現頻率，圖像所有AC係數的出現頻率之和記為
3.根據權利要求1所述的二次JPEG壓縮的檢測方法，其特徵在於所述步驟3)選取、 計算統計量進一步包括如下步驟根據權利要求2所述的擬合方法，通過待檢測JPEG圖像的AC係數擬合一次JPEG壓縮 的AC係數的分布函數，得到的一次壓縮的AC係數的分布函數的估計，記為F1 (χ)，其中χ表 示AC係數的取值(χ的取值範圍為-128到128的整數)；將待檢測JPEG圖像的AC係數的直方圖歸一化，以f2 (χ)表示待檢測圖像AC係數歸一 化的直方圖，所謂歸一化即將χ所對應的出現頻率換算為出現頻率的百分比，歸一化結果 記為f2 (χ)，f2 (χ) = T (χ) /Sum,其中χ表示AC係數的取值(χ的取值範圍為-128到128的 整數)；計算待檢測圖像實際的分布函數F2(x)=Σ /(O，其中χ表示AC係數的取值(χ/=-128的取值範圍為-128到128的整數)；根據權利要求1中所述統計量的選取原理，以擬合的一次JPEG壓縮的AC係數的分布 函數與待檢測圖像的AC係數歸一化的直方圖之間的差值為統計量，定義為AF(X)Δ F (x) = F1 (χ) -F2 (χ) ； (-128 ≤ χ ≤ 128)
4.根據權利要求1所述的二次JPEG壓縮的檢測方法，其特徵在於所述步驟4)利用 SVM進行分類和判決進一步包括如下步驟由於一次JPEG壓縮的AC係數在不同的取值區間中與拉普拉斯分布的符合程度並不一 致，在AC係數值出現頻率越高的區間與拉普拉斯分布的符合程度越高，為使統計量AF(X) 儘可能少受其他因素的幹擾，得到較高的檢測準確率，選用絕對值較小的AC係數所對應的 統計量AF(X)作為SVM分類的特徵向量，記為AFsvm(X)。通過SVM分類訓練得到特徵向量樣本和類別之間的關係並找到最佳分類係數，以此分 類係數作為SVM判斷新的特徵向量所對應的類別的判決準則。將待檢測圖像的AFsvm(X)值 載入訓練好的模型，經SVM分類判斷圖像是否經過二次JPEG壓縮。
全文摘要
本發明提出了一種針對JPEG圖像二次壓縮的檢測方法，利用一次JPEG壓縮的DCT係數中的AC係數直方圖符合拉普拉斯分布的特性，根據待檢測JPEG圖像的AC係數的分布，以擬合的方式來估計待檢測圖像的一次JPEG壓縮的AC係數的拉普拉斯分布函數，以擬合的分布函數與實際AC係數的歸一化直方圖分布的差異構造檢測統計量，使用SVM分類來判斷JPEG圖像是否經過二次壓縮，此方法檢測準確率高，具有廣泛的適用性。
文檔編號G06T9/00GK101989355SQ20091009010
公開日2011年3月23日 申請日期2009年7月31日 優先權日2009年7月31日
發明者張茹, 楊義先, 鈕心忻, 陳銘, 馬榮敏 申請人:北京郵電大學