一種基于文件頭和壓縮參數(shù)的jpeg圖片原始性檢測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性鑒別方法，其包括以下步驟：從待檢測的圖片的文件頭和壓縮參數(shù)中提取N維特征，N為正整數(shù)，并根據(jù)各特征的屬性設(shè)置其特征值為A或B；構(gòu)建決策模型：統(tǒng)計(jì)N維特征中A或B出現(xiàn)的個(gè)數(shù)并設(shè)置一個(gè)閾值T，T為自然數(shù)，如果A的個(gè)數(shù)大于閾值T，則圖片非原始圖片，否則圖片為原始圖片；依據(jù)決策模型對(duì)待檢測的圖片做檢測判斷。本發(fā)明適用于多媒體取證中的JPEG圖片原始性鑒別，具有簡單有效、檢測準(zhǔn)確率高的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及多媒體內(nèi)容取證領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于文件頭和壓縮參數(shù)的 JPEG圖片原始性檢測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 隨著數(shù)字圖像處理技術(shù)的快速發(fā)展，借助專業(yè)的圖像編輯軟件例如Photoshop、 A⑶see、GIMP和美圖秀秀等，即使普通用戶也能篡改數(shù)字圖像而不留下明顯的視覺痕跡，這 使得數(shù)字圖像的真實(shí)性不斷受到質(zhì)疑，顛覆了人們"眼見為實(shí)"的傳統(tǒng)觀念。近年來，數(shù)字 圖像的篡改已經(jīng)影響到政治、法律、傳媒等方方面面，因此圖像認(rèn)證技術(shù)變得十分重要。
[0003] 圖像認(rèn)證技術(shù)可分為主動(dòng)認(rèn)證和被動(dòng)認(rèn)證兩類。典型的主動(dòng)認(rèn)證技術(shù)包括數(shù)字水 印和數(shù)字簽名。這兩種方法都需要事先對(duì)圖片附加額外的信息，認(rèn)證時(shí)從圖片中提取相應(yīng) 信息，然后與事先附加信息進(jìn)行匹配判別。而在實(shí)際的應(yīng)用中，更多的情況下我們不可能獲 得有效的附加信息，因此主動(dòng)認(rèn)證方法有很大局限性。這種情況下，就需要借助于被動(dòng)式的 認(rèn)證技術(shù)。圖像被動(dòng)認(rèn)證技術(shù)不需要任何附加的信息，而是利用和分析圖像的一些內(nèi)在特 征，來達(dá)到認(rèn)證的目的。
[0004] 針對(duì)JPEG圖像的原始性的被動(dòng)取證算法主要分為兩部分：基于信號(hào)處理的方式 和基于文件頭和碼流的方式。由于JPEG有損壓縮模式中存在編解碼的取整和截?cái)嗾`差，大 多數(shù)基于信號(hào)處理方式的算法涉及統(tǒng)計(jì)相關(guān)性，但是這類算法有一個(gè)較強(qiáng)假設(shè)前提，即事 先假設(shè)有或者沒有某種方式的篡改，例如判別有沒有粘貼-復(fù)制操作，因此實(shí)際應(yīng)用中當(dāng) 需要判別一種未知的篡改種類的圖片時(shí)，往往會(huì)出現(xiàn)誤判；又由于JPEG特殊的編碼格式， 其文件頭和碼流結(jié)構(gòu)在圖像篡改前后會(huì)出現(xiàn)較大的差異，因此基于文件頭信息的被動(dòng)取證 也涌現(xiàn)出來，但是此類算法不僅需要龐大的數(shù)據(jù)庫支撐，而且魯棒性較差，不能抵抗反取證 操作。
[0005] 因此，從實(shí)際應(yīng)用角度出發(fā)，亟需一種準(zhǔn)確率較高、魯棒性較高、不需要龐大數(shù)據(jù) 庫支持的被動(dòng)取證算法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為克服上述現(xiàn)有技術(shù)所述的至少一種缺陷（不足），提供一種高效并且簡 單的基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0008] 當(dāng)原始JPEG圖片經(jīng)過圖像編輯軟件重新壓縮，會(huì)在JPEG文件頭、全圖的JPEG的 壓縮參數(shù)和縮略圖的JPEG壓縮參數(shù)上留下痕跡，本發(fā)明提出一種基于文件頭和壓縮參數(shù) 的JPEG圖片原始性檢測方法，包括以下步驟：
[0009] S1 :從待檢測的圖片的文件頭和壓縮參數(shù)中提取N維特征，N為正整數(shù)，并根據(jù)各 特征的屬性設(shè)置其特征值為A或B ;
[0010] S2 :構(gòu)建決策模型：統(tǒng)計(jì)N維特征中A或B出現(xiàn)的個(gè)數(shù)并設(shè)置一個(gè)閾值T，T為自 然數(shù)，如果A或B的個(gè)數(shù)大于閾值T，則圖片非原始圖片，否則圖片為原始圖片；
[0011] S3 :依據(jù)決策模型對(duì)待檢測的圖片做檢測判斷。
[0012] 由于實(shí)驗(yàn)樣本不可能覆蓋所有型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)，所以考慮到誤檢，可以通過閾值Τ 進(jìn)行控制。
[0013] 在一種優(yōu)選的方案中，所述Ν = 13, Τ = 0,即只要13維特征中有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上 的特征值為〇,則判斷該圖片非原始圖片。
[0014] 在一種優(yōu)選的方案中，所述A = 0, Β = 1，Ν維特征及其特征值的設(shè)置方法為：
[0015] 從文件頭的EXIF信息提取特征：
[0016] (1)比較文件頭EXIF信息里的"DateTime"屬性值與"DateTimeDigitized"屬性 值，若兩個(gè)屬性值不為空且不同，則特征值為〇,否則為1 ;
[0017] (2)提取文件頭EXIF信息里的"Software"屬性值，如果屬性值里含有圖像編輯軟 件的信息，則特征值為〇,否則為1 ;
[0018] (3)判斷文件頭里是否有"AppO"標(biāo)記位，如果有則特征值為0,否則為1 ;
[0019] 根據(jù)全圖的JPEG壓縮參數(shù)提取特征：
[0020] (4)提取全圖的JPEG的量化表，如果與第一圖像處理軟件固有的全圖量化表相 同，則特征值為〇,否則為1 ;
[0021] (5)提取全圖的量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1，否則 為〇 ;
[0022] (6)提取全圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征值為1， 否則為〇 ;
[0023] (7)提取全圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征 值為1，否則為0 ;
[0024] (8)提取全圖的YCbCr采樣率，如果是2X2或者是2X1，則特征值為1，否則為0 ;
[0025] 根據(jù)縮略圖的JPEG壓縮參數(shù)提取特征：
[0026] (9)提取縮略圖的JPEG的量化表，如果與第二圖像處理軟件固有的縮略圖量化表 相同，則特征值為〇,否則為1，
[0027] (10)提取縮略圖中量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1， 否則為〇 ;
[0028] (11)提取縮略圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征為1， 否則為〇 ;
[0029] (12)提取縮略圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特 征值為1，否則為〇;
[0030] (13)提取縮略圖的YCbCr采樣率，如果是2X1，則特征值為1，否則為0。
[0031] 由于第一圖像處理軟件固有的全圖量化表，所以對(duì)應(yīng)維的特征可以用來檢測圖像 是否被第一圖像處理軟件編輯過。同理，因?yàn)榈诙D像處理軟件固有的的縮略圖的量化表， 所以對(duì)應(yīng)維的特征可以用來檢測圖像是否被第二圖像處理軟件編輯過。
[0032] 在一種優(yōu)選的方案中，所述第一圖像處理軟件為Photo shop，第二處理軟件為 Photoshop或ACDsee。因?yàn)镻hotoshop才有其固有的全圖量化表，所以對(duì)應(yīng)的這維特征是 用來排除Photoshop，同理，因?yàn)镻hotoshop和ACDsee才有其固有的縮略圖的量化表，所以 對(duì)應(yīng)的這維特征是用來排除Photoshop和A⑶see的。
[0033] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明技術(shù)方案的有益效果包括：
[0034] 本發(fā)明從JPEG壓縮和編碼的根源出發(fā)，統(tǒng)計(jì)原始JPEG圖片和經(jīng)過軟件壓縮后的 JPEG的多種區(qū)別，因此本發(fā)明具有較高的準(zhǔn)確率和魯棒性，不需要龐大數(shù)據(jù)庫支持等優(yōu)點(diǎn)。 本發(fā)明的決策模型，通過將N維特征中0出現(xiàn)的個(gè)數(shù)與預(yù)設(shè)的閾值T比較，得到?jīng)Q策結(jié)果， 因此可以根據(jù)檢測樣本的不同設(shè)置不同的閥值T，從而提高了檢測的準(zhǔn)確率；本發(fā)明的檢 測過程，只需要從頭文件、全圖以及縮略圖中提取N維特征并設(shè)置其特征值，即可根據(jù)決策 模型進(jìn)行判斷，因此簡便方法較現(xiàn)有技術(shù)更為簡便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0035] 圖1為JPEG圖片篡改的一般過程。
[0036] 圖2為本發(fā)明圖片原始性鑒別的流程。

【具體實(shí)施方式】
[0037] 下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的說明。
[0038] 實(shí)施例1
[0039] 當(dāng)原始JPEG圖片經(jīng)過圖像編輯軟件重新壓縮，會(huì)在JPEG文件頭、全圖的JPEG的 壓縮參數(shù)和縮略圖的JPEG壓縮參數(shù)上留下痕跡，如圖2所示，本發(fā)明提出一種基于文件頭 和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性鑒別方法，包括以下步驟：
[0040] S1 :從待檢測的圖片的文件頭和壓縮參數(shù)中提取13維特征，并根據(jù)各特征的屬性 設(shè)置其特征值為〇或1 ;
[0041] S2 :構(gòu)建決策模型：統(tǒng)計(jì)N維特征中0出現(xiàn)的個(gè)數(shù)并設(shè)置一個(gè)閾值T，T為自然數(shù)， 如果Α的個(gè)數(shù)大于閾值Τ，則圖片非原始圖片，否則圖片為原始圖片；
[0042] S3 :依據(jù)決策模型對(duì)待檢測的圖片做檢測判斷。
[0043] 因?yàn)橛捎趯?shí)驗(yàn)樣本不可能覆蓋所有型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)，所以考慮到誤檢，可以通過 閾值T進(jìn)行控制。在具體實(shí)施過程，設(shè)置T = 0,即只要13維特征中有一項(xiàng)或一項(xiàng)以上的特 征值為〇,則判斷該圖片非原始圖片。
[0044] 在具體實(shí)施過程中，所述13維特征及其特征值的設(shè)置方法為：
[0045] 從文件頭的EXIF信息提取特征：
[0046] (1)比較文件頭EXIF信息里的"DateTime"屬性值與"DateTimeDigitized"屬性 值，若兩個(gè)屬性值不為空且不同，則特征值為〇,否則為1 ;
[0047] (2)提取文件頭EXIF信息里的"Software"屬性值，如果屬性值里含有如果屬性值 里含有圖像編輯軟件的信息，如"Photoshop"、"ACD Systems"、"6頂？"、"11^加"，則特征值 為〇,否則為1 ;
[0048] (3)判斷文件頭里是否有"AppO"標(biāo)記位，如果有則特征值為0,否則為1 ;
[0049] 根據(jù)全圖的JPEG壓縮參數(shù)提取特征：
[0050] (4)提取全圖的JPEG的量化表，如果與Photoshop軟件固有的全圖量化表相同，則 特征值為〇,否則為1 ;
[0051] (5)提取全圖的量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1，否則 為Ο ;
[0052] (6)提取全圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征值為1， 否則為〇 ;
[0053] (7)提取全圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征 值為1，否則為〇 ;
[0054] (8)提取全圖的YCbCr采樣率，如果是2X2或者是2X1，則特征值為1，否則為0 ;
[0055] 根據(jù)縮略圖的JPEG壓縮參數(shù)提取特征：
[0056] (9)提取縮略圖的JPEG的量化表，如果與Photoshop或ACDsee軟件固有的縮略圖 量化表相同，則特征值為〇,否則為1，
[0057] (10)提取縮略圖中量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1， 否則為〇 ;
[0058] (11)提取縮略圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征為1， 否則為〇 ;
[0059] (12)提取縮略圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特 征值為1，否則為〇;
[0060] (13)提取縮略圖的YCbCr采樣率，如果是2X1，則特征值為1，否則為0。
[0061] 本發(fā)明方法的原理如下：
[0062] 當(dāng)原始JPEG圖片按圖1所示的過程經(jīng)過圖像編輯軟件重新壓縮，或多或少會(huì)在 JPEG文件頭、全圖的JPEG壓縮參數(shù)和縮略圖的JPEG壓縮參數(shù)上留下痕跡。故在本實(shí)施例 中使用了 13維特征，這些特征在不同的數(shù)碼相機(jī)之間不存在差異性，而在數(shù)碼相機(jī)和圖像 處理軟件之間差異較大。
[0063] 下面對(duì)13維特征分別做出解釋：
[0064] "DateTime"屬性值表示保存圖片的時(shí)間，"DateTimeDigitized"屬性值表示拍攝 圖片的時(shí)間。因此當(dāng)JPEG是原始圖片時(shí)，如果文件頭里有這些屬性值，這兩個(gè)屬性值是一 樣的；當(dāng)JPEG被篡改后，"DateTime"的值是篡改后保存圖片的時(shí)間，因此兩個(gè)屬性值就不 一致。
[0065] "Software"屬性值表示JPEG圖片被哪一種軟件保存。一些圖片處理軟件在篡改 圖片后，會(huì)將該屬性值設(shè)置成自己的logo,例如軟件名稱Photoshop和美圖秀秀等。
[0066] "AppO"標(biāo)記位，數(shù)碼相機(jī)不使用這個(gè)標(biāo)記位，而經(jīng)過圖像處理軟件保存后，會(huì)有此 標(biāo)記位。
[0067] 全圖的JPEG的量化表，Photoshop使用其固有的，不同于目前所有相機(jī)的量化表， 因此通過該特征，可以判別是否經(jīng)過Photoshop處理。
[0068] 全圖的量化表標(biāo)記位的個(gè)數(shù)，數(shù)碼相機(jī)使用1個(gè)標(biāo)記位，而圖像處理軟件，例如 Picasa，GIMP使用多個(gè)標(biāo)記位。
[0069] 全圖的哈夫曼表，數(shù)碼相機(jī)采用和Independent JPEG Group所發(fā)布的JPEG程序 中默認(rèn)的哈夫曼表，而圖像處理軟件可以使用最優(yōu)哈夫曼表等。
[0070] 全圖的哈夫曼表標(biāo)記位的個(gè)數(shù)，數(shù)碼相機(jī)使用1個(gè)標(biāo)記位，而圖像處理軟件，例如 Picasa，GIMP使用4個(gè)標(biāo)記位。
[0071] 全圖的YCbCr采樣率，數(shù)碼相機(jī)一般采用2X2和2X1的形式，圖像軟件有可能采 用其他形式，例如美圖秀秀和Photoshop通常采用IX 1。
[0072] 縮略圖的量化表，Photoshop和A⑶See使用不同于相機(jī)的量化表，因此通過該特 征，可以判別是否經(jīng)過Photoshop和A⑶See處理。
[0073] 縮略圖的量化表標(biāo)記位的個(gè)數(shù)，數(shù)碼相機(jī)使用1個(gè)標(biāo)記位，而圖像處理軟件，例如 Picasa，GIMP使用多個(gè)標(biāo)記位。
[0074] 縮略圖的哈夫曼表，數(shù)碼相機(jī)采用和Independent JPEG Group所發(fā)布的JPEG程 序中默認(rèn)的哈夫曼表，而Photoshop使用其固有的表。
[0075] 縮略圖的哈夫曼表標(biāo)記位的個(gè)數(shù)，數(shù)碼相機(jī)使用1個(gè)標(biāo)記位，而圖像處理軟件，例 如Picasa，GIMP等使用4個(gè)標(biāo)記位。
[0076] 縮略圖的YCbCr采樣率，相機(jī)采用2X 1，經(jīng)過有些圖像處理軟件，例如Photoshop 采用2X2。
[0077] 采用本發(fā)明的實(shí)驗(yàn)及其結(jié)果：
[0078] (1)同庫實(shí)驗(yàn)
[0079] ①選取正樣本：選取2600張?jiān)糐PEG圖片，來源于26種不同型號(hào)的數(shù)碼照相機(jī)， 相機(jī)型號(hào)如表1所示。
[0080] 表 1
[0081]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法，其特征在于，包括以下步 驟： 51 :從待檢測的圖片的文件頭和壓縮參數(shù)中提取N維特征，N為正整數(shù)，并根據(jù)各特征 的屬性設(shè)置其特征值為A或B; 52 :構(gòu)建決策模型：統(tǒng)計(jì)N維特征中A或B出現(xiàn)的個(gè)數(shù)并設(shè)置一個(gè)閾值T，T為自然數(shù)， 如果Α的個(gè)數(shù)大于閾值Τ，則圖片非原始圖片，否則圖片為原始圖片； 53 :依據(jù)決策模型對(duì)待檢測的圖片做檢測判斷。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法，其特征 在于，所述N = 13, T = 0。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法，其特征 在于，所述A = 0, B = 1，N維特征及其特征值的設(shè)置方法為： (1) 比較文件頭EXIF信息里的"DateTime"屬性值與"DateTimeDigitized"屬性值，若 兩個(gè)屬性值不為空且不同，則特征值為〇,否則為1 ; (2) 提取文件頭EXIF信息里的"Software"屬性值，如果屬性值里含有圖像編輯軟件的 信息，則特征值為〇,否則為1 ; (3) 判斷文件頭里是否有"AppO"標(biāo)記位，如果有則特征值為0,否則為1 ; (4) 提取全圖的JPEG的量化表，如果與第一圖像處理軟件固有的全圖量化表相同，則 特征值為〇,否則為1 ; (5) 提取全圖的量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1，否則為 〇 ； (6) 提取全圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征值為1，否則 為〇 ; (7) 提取全圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為 1，否則為0 ; (8) 提取全圖的YCbCr采樣率，如果是2X2或者是2X1，則特征值為1，否則為0 ; (9) 提取縮略圖的JPEG的量化表，如果與第二圖像處理軟件固有的縮略圖量化表相 同，則特征值為〇,否則為1 ; (10) 提取縮略圖中量化表標(biāo)記位"FFDB"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值為1，否則 為〇 ; (11) 提取縮略圖的哈夫曼表，如果和JPEG編碼的默認(rèn)哈夫曼表相同，則特征為1，否則 為〇 ; (12) 提取縮略圖的JPEG的哈夫曼表標(biāo)記位"FFC4"的個(gè)數(shù)，如果個(gè)數(shù)等于1，則特征值 為1，否則為0 ; (13) 提取縮略圖的YCbCr采樣率，如果是2X1，則特征值為1，否則為0。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于文件頭和壓縮參數(shù)的JPEG圖片原始性檢測方法，其特征 在于，所述第一圖像處理軟件為Photoshop,第二處理軟件為Photoshop或AO)see。
【文檔編號(hào)】G06T1/00GK104102861SQ201410340251
【公開日】2014年10月15日 申請(qǐng)日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】陳超, 黃繼武, 駱偉祺 申請(qǐng)人:中山大學(xué), 深圳大學(xué)