关于检测JPEG 图像的二次压缩算法研究

第21期

2022年11月

无线互联科技

WirelessInternetTechnology

No.21

November,2022

关于检测JPEG图像的二次压缩算法研究

(湖南信息职业技术学院,湖南　长沙　　410200)

摘　要:

随着物联网技术的发展,图像编辑软件以及图像获取设备被广泛应用和不断更新,即使不具备数字图像专业知

识的人也可以轻易地篡改图像并且难以用肉眼识别。文章研究一种方法能检测使用相同量化表压缩的二次图片,其中

算法主要是基于用相同量化表经过一次又一次的压缩的过程以及不同JPEG系数的数量等来判断是否进行压缩操作。

通过实验方法的结果比较,确认方法的有效性,方法可以应用于图像及视频压缩,数字多媒体通信等领域,具有较大的研

究价值。

关键词:JPEG二次压缩;DCT系数分析;一次压缩

刘　婷,梁文龙

0　引言

生一个新的组合图片,如果原始图以及目标图是JPEG

图片,分割的图片应该要进行图片压缩处理,因此追踪

二次压缩的途径;二是一些JPEG隐写的片段可能产生

二次压缩图片

[5

-

6]

。可以将每个区块进一步分割,称为

像素或像点,像素是构成图像的最小单位。对于数字

图像来说,每一个像素作为一个取样点,有一个对应的

取样数值。这样可以看出,图像分割越细,像素数越

多,取样点越多,图像清晰度越高;反之,像素数越少,

图像清晰度越低。实际上,对图像压缩处理,就是对图

像区块的数据、像素的数据进行压缩处理

[7

-

8]

。

在本论文中,研究了一种使用相同量化表压缩检

　　随着科技的不断进步与多媒体技术的快速发展,

人类社会已经步入高速发展的时代。多媒体技术的快

速发展在很大程度上改变了人们的生活方式,众多的

多媒体资源丰富着人们的生活。对于数字图像的研究

也越来越多,大家对图像的质量的要求也越来越高。

但在介绍图像压缩编码之前,首先考虑压缩的原因。

因为图像信息量惊人,举例来说:一张A4大小的照片

用中分辨率扫描仪进行真彩色扫描,可以得到数据量

为30兆左右,一般比较大。如今,在互联网上,基于字

符界面的传统应用逐渐可以被浏览图像信息的互联网

所取代。互联网虽然方便,但也带来了一些问题:图像

信息数据量过大,本就紧张的网络带宽变得更加不堪

重负。因此,大量的图像信息会对内存的存储容量、通

信干线通道的带宽和计算机的处理速度造成很大的压

力

[1

-

2]

。而且,仅仅通过增加内存容量、提高通道带宽

和计算机处理速度是无法解决这类问题的。这时候需

要考虑使用图像压缩了。压缩的理论基础是信息论。

从信息论的角度来看,压缩就是去除图像信息中的冗

余,从而保留不确定的信息,去除确定的信息,即用更

接近信息本质的描述代替对图像的描述。原始冗余图

像信息,图像压缩通常是通过改变图像的表示来实现

的,所以压缩和编码是密不可分的

[3

-

4]

。

测双压缩的方法;由于在JPEG压缩与解压缩过程中,

会产生量化误差,截断误差以及取整误差,一些JPEG

的DCT系数将可能会被修改,得到的二次压缩图片可

能与单次压缩图片的系数有些不同。而且,当JPEG图

片一次又一次的重压缩,两次压缩阶段中的不同DCT

系数的数量会单调性的减少;测试方法是基于采取一

个随机策略,随机对一个压缩测试图片的DCT系数进

行任意的加1或减1,通过使用这种策略,一个适当的

比率应当会被发现。对于不同的图片,这种普遍的适

当比率将会产生一个动态的值域,可以用来区分一次

压缩还是二次压缩,而且如果选择了一个适当的比率,

1.1　相同量化矩阵的压缩的特征

的一些特征。

对于检测三次压缩或四次压缩也是有效的。

　　在本文开始部分分析了在使用相同量化表压缩时

(1)相同量化表压缩,Dn>Dn

+

1,呈现下降趋势;其

1　检测相同量化表二次压缩研究

　　在图像压缩中,至少有两个篡改研究的理由对检

例如图片中的一小块图片被复制到一个目标图片中产

测二次压缩的注意,一是二次压缩常常造成图片篡改,

作者简介:刘婷(1990—),女,湖南娄底人,助教,硕士;研究方向:人工智能,数据分析,软件技术。

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中Dn是图片

A与从A压缩成B的图片中对应位置的

DCT系数的数量统计。

时不小于D。

通过相关实验,主要是根据实际图片进行压缩来

进行测试,当Dm大于等于D时,判断为二次压缩图

片,当Dm小于D时,判断为一次压缩图片。

测试数据以及测试场景:

(1)测试数据为447张ucid的图;

(2)横坐标为相同量化表压缩册数;

表C1为

0.0368,其中使用的质量因子为90,不同量化

(2)如不同量化表C1相对会大(实验中相同量化

表C1为0.247

6,其中一次压缩使用的质量因子为90,

再次压缩使用的因子为75;其中C1

=

Dn/Sn;Sn为原始

图片中非零DCT系数的值的统计。

1.2　随机策略的检测统计算法步骤

　　(1)

在进行解压缩图片J到空间域,然后用相同的

量化矩阵压缩成

J′

,D为J与

J′

中不同JPEG系数的数

量统计。

统计的MATLAB算法如下:

数的不同值的统计数目的平均值;质量因子为70∶5∶90

进行对应的选取。

1.4　相同量化表统计

(3)纵坐标为不同次数压缩之间对应位置DCT系

functionDnNumber

=

Dn(J1,J2)

DnNumber

=

0;

fori

=

1:m

　　检测使用相同量化矩阵的二次压缩,本文设计了

一种基于观察的方法,在重压缩过程中使用相同的量

化矩阵进行多次压缩操作,连续两次压缩版本之间的

DCT系数不同数量呈单调递减状态;通过实验可以得

出本文检测的方法可能不是统计效应;本文的检测无

法提示二次压缩的图片是否被篡改。

[m,n]

=

size(J1);

　　forj

=

1:n

　　　　ifJ1(i,j)~

=

J2(i,j)

　　　　　end

　　end

end

　　　　　　DnNumber

=

DnNumber

+

1;

2　直方图因子估计JPEG二次压缩

　　预估JPEG压缩历史在图像过程、图像篡改的应用

已经越来越受到关注。在本文中,主要采用了直方图

因子的统计特性来估计JPEG图像压缩历史。在统计

场景中,对于没压缩的图片,随着直方图bin索引的增

加,直方图因子统计的值反而减少。然而,它限制了一

个本地的最大值,从而使它不在增加;基于这特性,也

可以估计每次压缩的量化步长。

该方法主要是通过对直方图因子的处理来估计量

化步长。直方图因子估计JPEG压缩情况,其步骤

如下:

b

n

,b

n

=

[a

n

/q]

×

q;

随机选择的系数任意的增加或减少1,然后熵编码修改

的JPEG系数生成图片Jm′

把修改比例称为mpnc,(每个非零JPEG系数的修

10000,则修改的像素为10000

×

0.02

=

200个点会随机

(2)随机选取

J′

的DCT系数的修改比例,针对每个

改系数的个数);如mpnc为0.02,图片总的像素点为

加1或减1。

们得到JPEG图片Jm′′,Dm为Jm′与Jm″中不同DCT系

数对应位置的统计。

系数被随机的随机选择修改,但是应当修改的JPEG系

数比例仍然是相同的。

1.3　mpnc比例的选取

　　本文中mpnc修改比例的选择主要通过实验来得

到的,从0开始,步长为0.01,一直到0.12的值,求出

此范围中AR的值,可以得出AR最高一般出现在

mpnc为0.018的时候最高。找到一个适当的修改比

例,使其单次压缩时Dm的平均值会小于D,二次压缩

(4)重复第2—3步骤K次,注意在每次J’的JPEG

(3)解压缩Jm′为空间域,用相同的量化表压缩,我

(1)原图的序列a

n

,经过步长为q量化后的序列为

(2)定义求模的公式F(v)

=

{u|u∈N,mod(v,

u)

=

0}

0);

其中g(x,F(b

n

))

=

1(当x属于F(b

n

)集合时,其他为

hf(x)

=

g(x,F(b

n

))

∑

n

=

1

N

(1)

步长的估计:

^

=

qmax{arg(max

x

h

f

-

(x)

)}

512

×

512/256

×

256;图片使用灰度图、彩色图;设定质量

因子设为80/90/100。

　　在进行本实验时,所需实验条件:使用图片大小为

(2)

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当得到的直方图为递减且前后柱子的相差趋近为

0,那么图片未被压缩过;如果得到的直方图从q等于

某个值开始,开始比较紊乱的变化,那说明图片已被压

缩过,且q为h(f(x))

==

1时的最大值处;图中的q为

4时,达到最大值。

3　结语

　　随着数字应用的快速发展,信息传播迅速增长,图

像传播的数量不容低估。随着不同类型数码相机和各

种图像编辑软件的不断出现,数字图像的应用非常广

泛,且作为信息的载体,它被广泛应用于各个领域。经

过对JPEG图像压缩理论及相关算法的学习,可以对图

片处理有了很深的理解,从压缩操作读取图片像素

→

DCT操作

→

量化处理到解压缩操作反量化

→

反IDCT

的操作的理解。本文主要提出了一种方法能检测使用

相同量化表压缩的二次图片,其中算法主要是基于用

相同量化表经过一次又一次的压缩的过程以及不同

JPEG系数的数量,并在一定程度上恢复图像在压缩过

程中丢失的细节信息,通过实验表明,本文提出的方法

是一种有效的JPEG图像检测二次压缩的方法。

[参考文献]

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01

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[5]熊淑华,孙梦笛,何小海,等.一种基于DCT系数预测的JPEG图像去压缩效应方法:CN112218094A[P].2021

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[7]王杰中.浅谈利用JPEG-XS构建超高清内容制作体系[J].现代电视技术,2021(10):56

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[8]杨琳琳.一种JPEG接口及数字图像处理系统:CN112637602A[P].2021

-

04

-

09.

(编辑　傅金睿)

ResearchonsecondarycompressionalgorithmfordetectingJPEGimages

LiuTing,LiangWenlong

Abstract:

WiththedevelopmentofInternetofThingstechnology,imageeditingsoftwareandimageacquisition

(Hunan

VocationalCollegeofInformationTechnology,Changsha

410200,

China)

oplewithoutprofessionalknowledgeofdigitalimagescan

permainlystudiesamethodthatcan

Detectingsecondarypicturescompressedusingthesamequantizationtable,thealgorithmismainlybasedontheprocess

ofrepeatedlycompressingwiththesamequantizationtableandthenumberofdifferentJPEGcoefficientstodetermine

perconfirmstheeffectivenessofthemethodbycomparingthe

hodinthispapercanbeappliedtoimageandvideocompression,digital

multimediacommunicationandotherfields,andhasgreatresearchvalue.

Keywords:

JPEGsecondarycompression;DCTcoefficientanalysis;primarycompression

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