基于JPEG雙量化效應(yīng)的置換篡改圖像盲分離.pdf

1、在沒(méi)有任何先驗(yàn)知識(shí)的情況下驗(yàn)證數(shù)字圖像的完整性并且自動(dòng)檢測(cè)和分離出篡改區(qū)域一直是圖像盲取證的熱點(diǎn)之一。圖像的真實(shí)性和完整性在法醫(yī)調(diào)查、刑事調(diào)查、情報(bào)服務(wù)、醫(yī)學(xué)成像和新聞等等多領(lǐng)域都起著非常重要的作用。JPEG(Joint PhotographicExperts Group)作為當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的主流圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，因其具有較其高壓縮比和較快的傳輸速率，因此在網(wǎng)絡(luò)程序和多媒體中應(yīng)用廣泛。隨著圖像編輯軟件功能的逐漸增強(qiáng)，按照自己的意愿來(lái)偽造一幅

2、圖像也就變得越來(lái)越簡(jiǎn)單，并且偽造后的圖像僅僅依靠人眼根本無(wú)法判斷其真?zhèn)?。因此，?duì)JPEG格式的篡改圖像設(shè)計(jì)新的算法來(lái)識(shí)別圖像是否經(jīng)過(guò)惡意篡改也變得越來(lái)越重要。
　　目前對(duì)JPEG類置換篡改圖像的在研究中主要呈現(xiàn)出以下三類問(wèn)題:一是現(xiàn)有的大部分盲取證算法要求對(duì)待測(cè)圖像第二次保存時(shí)的質(zhì)量因子較高或者直接為無(wú)損格式的圖像，并且能夠在實(shí)際中應(yīng)用的JPEG類的篡改圖像盲檢測(cè)算法還比較少。二是當(dāng)經(jīng)歷篡改后的JPEG圖像最終保存時(shí)的質(zhì)量因子小于

3、原圖像的質(zhì)量因子時(shí)，其檢測(cè)效率較低。三是最終得到的二值圖像或后驗(yàn)概率圖中，對(duì)篡改塊分離時(shí)對(duì)閾值設(shè)置往往都需要手動(dòng)設(shè)置。本文則針對(duì)以上研究中存在的問(wèn)題做出了以下進(jìn)一步的研究:
　　(1)針對(duì)JPEG圖像，依據(jù)JPEG圖像經(jīng)歷離散余弦變換后，其交流系數(shù)符合近似的拉普拉斯分布，利用貝葉斯理論，建立JPEG圖像雙重壓縮的概率模型，并使用25塊局部鄰域法計(jì)算出拉普拉斯系數(shù)矩陣，描述出其分布函數(shù)，求得每個(gè)像素被篡改的概率值，最終得到每一個(gè)8×

4、8圖像塊矩陣的特征值，通過(guò)設(shè)置合適的閾值自動(dòng)定位和分離出篡改區(qū)域和正常區(qū)域，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本算法即使在篡改圖像經(jīng)歷深度壓縮的情況下也達(dá)到很好的檢測(cè)效果。
　　(2)考慮到在現(xiàn)實(shí)生活中大部分圖像為JPEG類的真彩色圖像，在此類圖像被篡改后且對(duì)篡改圖像的位置、大小和個(gè)數(shù)都未知的情況下。本文根據(jù)JPEG類圖像被篡改后，其背景區(qū)域的離散余弦系數(shù)會(huì)經(jīng)歷兩次JPEG壓縮，表現(xiàn)出雙量化效應(yīng)，而篡改區(qū)域的離散余弦系數(shù)僅僅經(jīng)歷一次JPEG壓縮，不會(huì)

5、表現(xiàn)出雙量化效應(yīng)。在此基礎(chǔ)上提出了一種改進(jìn)的DCT系數(shù)統(tǒng)計(jì)模型，描述經(jīng)歷兩次JPEG壓縮過(guò)程中其DCT系數(shù)變化規(guī)律。并結(jié)合概率論基礎(chǔ)，求出每一個(gè)圖像塊被篡改的概率值，得到圖像的后驗(yàn)概率密度圖。然后利用粒子群算法設(shè)定自適應(yīng)閾值對(duì)后驗(yàn)概率密度圖進(jìn)行優(yōu)化，將待檢測(cè)圖像轉(zhuǎn)化為特殊的二值圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)篡改圖像置換區(qū)域的識(shí)別和分離。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠準(zhǔn)確的定位和提取出篡改區(qū)域，并且檢測(cè)結(jié)果與其他傳統(tǒng)方法相比較，本算法能很好的把篡改區(qū)域從篡改圖像