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摘要：本文中就以算法壓縮圖像的過程為例，簡(jiǎn)單介紹一下圖像防篡改的方法。這一步不在本次視頻防篡改算法中，不做過多介紹。這一步在本次的視頻圖像防篡改中起到了至關(guān)重要的作用。而圖像中的中頻部分是比較適合進(jìn)行防篡改修改的部分。
大家都知道視頻中圖像壓縮的重要性，但是圖像的安全性也至關(guān)重要。特別是在一些需要知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)的視頻文件中（比如教育類的視頻就是其中的典型），對(duì)于視頻信息的保護(hù)就顯得尤為重要。那么今天就給大家介紹一種簡(jiǎn)單保護(hù)視頻信息的方法（視頻防篡改）。
在視頻壓縮編碼的過程中，其實(shí)就是對(duì)視頻圖像的壓縮。所有的圖像壓縮算法基本都遵循以下三點(diǎn)：
（1）把數(shù)據(jù)的重要部分和不重要部分劃分出來：
（2）過濾掉不重要的部分：
（3）保存數(shù)據(jù)信息。
JPEG算法是圖像壓縮算法中的經(jīng)典算。本文中就以JPEG算法壓縮圖像的過程為例，簡(jiǎn)單介紹一下圖像防篡改的方法。
JPEG算法的第一步：是圖像分割。把圖像分割成大小為8x8的小塊，這些小塊在整個(gè)壓縮的過程中都是多帶帶被處理的。分割示例如下圖（1）海島
圖1. 海島8x8劃分
JPEG算法的第二步：顏色空間的轉(zhuǎn)換。如將RGB轉(zhuǎn)換為YCbCr。這一步不在本次視頻防篡改算法中，不做過多介紹。
JPEG算法的第三步：離散余弦變換（DCT）。 DCT變換的原理是：世界上任何復(fù)雜的事物，都可以分解為足夠多的簡(jiǎn)單事物（類似于積分函數(shù)無限逼近）。那么經(jīng)過DCT變換，可以把一個(gè)數(shù)組分解成數(shù)個(gè)數(shù)組的和，如果我們把數(shù)組視為一個(gè)一維矩陣，那么可以把結(jié)果看做是一系列矩陣的和。圖像在電腦中的表現(xiàn)形式就是數(shù)字矩陣，這一特點(diǎn)就完全契合的DCT變換的特性。經(jīng)過DCT變化的圖像數(shù)據(jù)，第一個(gè)數(shù)據(jù)叫做直流系數(shù)（DC），之后的數(shù)據(jù)叫做交流系數(shù)（AC）。DC系數(shù)表示的是圖像中的主要區(qū)域，AC系數(shù)表示的是圖像中的輪廓的細(xì)節(jié)部分。轉(zhuǎn)換結(jié)果如圖（2）。
圖（2） DCT轉(zhuǎn)換結(jié)果
其中全是100的矩陣代表的是圖像中的背景部分，假如像素值都是一樣的，那么經(jīng)過DCT變化后圖像的能量將集中在左上角的直流部分。其余細(xì)節(jié)部分都變成了0。一個(gè)8x8的矩陣經(jīng)過變換后就變成了一個(gè)只在左上角擁有一個(gè)數(shù)字的矩陣。可見DCT變換在圖像壓縮過程中的威力有多大。
JPEG算法的第四步：數(shù)據(jù)量化。這一步在本次的視頻圖像防篡改中起到了至關(guān)重要的作用。量化的公式為 : B = G / Q 。B代表的是量化后的結(jié)果。G代表的是輸如的值。Q代表的是量化系數(shù)。經(jīng)過DCT變換之后的數(shù)據(jù)需要使用標(biāo)準(zhǔn)的量化表進(jìn)行量化計(jì)算。本次視頻修改的部分只在亮度值中進(jìn)行，所以介紹介紹標(biāo)準(zhǔn)亮度表。見圖（3）。
圖（3）標(biāo)準(zhǔn)亮度量化表
圖（2）的變化結(jié)果是左上角只有一個(gè)800的矩陣，經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)量化表的量化計(jì)算（800 / 16 = 50） 那么量化后的結(jié)果將變成左上角只有一個(gè)50的矩陣。其實(shí)在真是的圖像矩陣中，經(jīng)過了量化計(jì)算后也會(huì)呈現(xiàn)出數(shù)字集中在左上角，右下角全是0的結(jié)果。量化的后的數(shù)據(jù)會(huì)先經(jīng)過Z字型掃描。掃描過程見圖（4）
圖（4）Z字型掃描
接下來本文通過在宿主圖像的中嵌入一張指紋圖片，對(duì)視頻信息進(jìn)行防篡改修改。
1.圖像的構(gòu)成
圖像點(diǎn)和頻率的對(duì)應(yīng)關(guān)系：
（1）圖像的低頻分量，圖像中主要的信息都保存在低頻信息中，他決定了圖像的灰度等級(jí)，對(duì)圖像結(jié)構(gòu)的決定作用較小。
（2）圖像的中頻分量，中頻信息決定了圖像的基本結(jié)構(gòu)，是圖像的主要結(jié)構(gòu)。
（3）圖像的高頻分量，高頻信息是圖像的邊緣和細(xì)節(jié)，是對(duì)圖像中頻信息的進(jìn)一步強(qiáng)化。
2.嵌入原理：
若修改低頻區(qū)域的數(shù)據(jù)，也就是修改大塊的色塊區(qū)域。容易對(duì)原始圖像造成損壞，也很容易被看出，隱蔽性較差。
如果對(duì)高頻信息進(jìn)行修改，修改的部分就是圖像中的邊緣輪廓，采用這樣的方法對(duì)視頻的影響較小，但是會(huì)被大部分的高頻信息處理算法給破壞掉。達(dá)不到嵌入的目的。
而圖像中的中頻部分是比較適合進(jìn)行防篡改修改的部分。
3.嵌入密鑰圖像：
（1）對(duì)圖像進(jìn)行完8x8的劃分后，要計(jì)算出每個(gè)8x8塊里面要存放幾個(gè)像素點(diǎn)。
（2）嵌入像素點(diǎn)的個(gè)數(shù) = 嵌入圖像像素點(diǎn)總數(shù) / 被嵌入圖像劃分的8x8塊個(gè)數(shù)。
處理效果見下圖：
圖（5）原始圖像
圖（6）嵌入的密鑰圖像
圖（7）恢復(fù) 的原始圖像
圖（8）提取的密鑰圖像
參考：
JPEG算法解密（二）
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