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JPEG图像盲取证技术研究

作　者: 吴首阳
导　师: 俞能海；李卫海
学　校: 中国科学技术大学
专　业: 信息安全
关键词: 图像篡改盲取证 JPEG压缩量化相关性块效应
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 261次
引　用: 7次
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内容摘要

随着互联网技术的快速发展,高分辨率数码相机以及功能强大的图像编辑软件的出现,使得图像修改的现象越来越普遍,虽然它在一定程度上丰富了人们的日常生活,但是,图像的修改也带来了许多问题。如果将篡改图像用在新闻媒体或法律上,对社会将会造成很大的影响。因此,数字图像的真伪鉴别技术受到普遍关注,并成为当前研究热点。目前,多数图像采集设备输出的数字图像及其互联网上的数字图像大多数都是用JPEG格式存储的。因此JPEG图像的盲取证技术有着非常重要的实用价值,而现有的针对JPEG图像的盲取证算法约束条件较多,距离实用尚有不少差距。在此背景下,本文开展了JPEG数字图像盲取证技术研究。而数字图像盲取证技术的关键是解决真伪图像的盲检测问题。论文主要研究工作和贡献如下:(1)提出了基于JPEG压缩量化相关性的JPEG图像真伪盲检测的算法。这种方法在基于合成图像质量因子不同的前提与假设下,通过检测图像编码量化过程中质量因子是否一致来检测图像是否进行过篡改。算法本身原理简单,易于实现,算法复杂度主要集中在对质量因子(q值)的估计上。通过实验对所提出的盲检测算法进行验证,结果表明本算法能够有效地检测图像的真伪,并标定篡改区域。论文利用实验统计分析,总结出当原始图像的q值与修改图像的q值相差大于5时,检测正确率在95%以上,而当两者的q值过于接近(小于5)时,正确率稍有降低。(2)提出基于块效应的JPEG合成图像真伪盲检测的算法。该检测算法是基于JPEG图像合成时,修改区域与原始区域交界处出现8×8子块的错位,在频域中表现为原有波峰的衰减或分裂这一特征而提出的。通过检测合成过程中造成的块不匹配,进而确定合成图像真伪区域。首先计算出差分图像每一列的功率谱,并将这些功率谱叠加起来,来消除图像本身的结构和纹理干扰。对于经过JPEG压缩的图像,可以发现其功率谱在特定的频率上有周期性波峰存在,而未经过JPEG压缩的图像则没有这样的波峰存在。采用中高频段的平坦度对局部频域能量谱进行分析,使用32×64的滑动块对水平块效应进行检测,64×32的滑动块对垂直块效应进行检测,并将水平和垂直检测的结果相乘来放大拼接区域与非修改区域的差异。实验结果表明,该方法检测JPEG合成图像的真伪是非常有效的。(3)对所提出的上述两种算法进一步分析,给出与已有算法的性能比较,并判断其性能优劣。通过将本文算法与已有文献中基于块效应不一致性图像盲检测算法相比较,可以得出文中提出的基于JPEG压缩量化相关性的图像盲检测算法无论在准确率方面,还是在抗干扰性方面皆优于文献提出的算法;本文提出的基于块效应的JPEG合成图像盲检测算法在在抗干扰性方面与文献提出的算法基本一致,但在对篡改区域判定上由于所选滑块较大,其性能稍劣于文献提出的算法。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-25
  1.1 课题研究的背景和意义  10-14
  1.2 图像真伪检测研究现状  14-20
    1.2.1 国外研究现状  14-16
    1.2.2 国内相关技术的研究现状  16-18
    1.2.3 问题分析  18-20
  1.3 常见的图像篡改技术  20-23
  1.4 论文研究的主要内容及章节安排  23-25
第2章 JEPG压缩标准简介  25-35
  2.1 JPEG概述及其标准  25-27
  2.2 JPEG编码原理  27-33
    2.2.1 预处理  27-28
    2.2.2 正向离散余弦变换  28-30
    2.2.3 量化  30-31
    2.2.4 Z字形排序  31-32
    2.2.5 编码  32-33
    2.2.6 组成位数据流  33
  2.3 JPEG解码原理  33-34
  2.4 本章小结  34-35
第3章基于 JPEG压缩量化相关性的盲检测  35-50
  3.1 JPEG压缩  35-36
  3.2 JPEG量化相关性  36-39
  3.3 真伪辨别的前提与假设  39-40
  3.4 识别算法设计  40-41
  3.5 实验结果  41-47
    3.5.1 二次 JPEG压缩修改  41-45
    3.5.2 三次 JPEG压缩修改  45-47
  3.6 Kolmogorov-Smirnov统计测试  47-49
  3.7 本章小结  49-50
第4章基于块效应的 JPEG合成图像盲检测  50-64
  4.1 块效应描述  50-51
  4.2 块效应网格提取算法  51-52
  4.3 块效应强度检测算法原理  52-53
  4.4 局部块效应强度检测实现 JPEG合成图像的盲检测  53-55
  4.5 实验设计与验证  55-61
    4.5.1 可行性验证  55-58
    4.5.2 不同压缩率合成图像检测  58-59
    4.5.3 不同滑块对检测图像影响  59-61
  4.6 正确率判定  61-62
  4.7 本章小结  62-64
第5章算法的横向比较  64-72
  5.1 基于块效应不一致性图像盲检测算法简介  64-66
  5.2 算法的实现  66-68
  5.3 算法的横向比较  68-71
  5.4 结论  71-72
第6章总结与展望  72-74
  6.1 总结  72-73
  6.2 展望  73-74
参考文献  74-79
致谢  79-81
攻读硕士学位期间所发表的学术论文  81

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