[发明专利]基于多方向稀疏表示的图像压缩安全编码方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于图像压缩安全编码方法，尤其涉及一种基于随机算术编码的多方向稀疏表示的图像压缩安全编码方法。

背景技术

随着网络和图像等多媒体的飞速发展，图像等多媒体通讯已逐渐成为人们之间信息交流的重要手段。目前的网络是一种开放式系统，因此在传输重要的图像之前，需要对图像进行加密处理以保证安全性。传统的加密技术将其作为普通数据流进行加密，没有考虑多媒体数据的特点，因此有一定的局限性。如图像的数据量一般比较大，加密所需的计算量比较大，存在加密效率不高的问题。另外，图像的数据规模比较大，在信道带宽有限的情况下，尤其是在无线环境下，必须对图像进行有效的压缩编码以利于编码传输。

目前图像有损压缩都采用变换编码的形式。如JPEG2000采用的是DWT变换。但是，DWT有两个主要的缺陷：(1)缺少平移不变性，即输入信号的微小平移可导致DWT系数很大的变化；(2)缺少方向选择性，即对于非水平或非垂直的奇异特征难以高效表示。近年来，对偶双树离散小波(Dual-tree Discrete WaveletTransform，DDWT)由于具有近似平移不变性和方向性引起了研究者的广泛关注。Yang等人通过噪声整形提高了DDWT系数的稀疏性，并用SPIHT编码，在具有复杂结构纹理的图像上取得了较好的效果(文献1：Yang Jingyu，Xu Wenli，DaiQionghai，Wang Yao.Image compression using 2-D dual-tree discrete wavelettransform.Proceedings of IEEE International Symposium on Circuits and Systems，New Orleans，USA，May 2007：297-300)。由于DDWT只有6个方向，为了增加方向的灵活性，Yang等人提出了各向异性对偶双树离散小波包变换(ADDWP)(文献2：Yang Jingyu，Xu Jizheng，Wu Feng，Dai Qionghai，Wang Yao.Image coding using2-D anisotropic dual-tree discrete wavelet transform.Proceedings of IEEEInternational Conference on Image Processing，San Antonio，USA，Sep.2007：165-168.)。然而该变换需要寻找最优的分解结构，因此计算复杂度比较高。

根据图像压缩过程，图像加密分为三类：(1)压缩编码前对图像进行加密，该图像加密方式是在空域进行，通过混淆和置乱等手段对图像加密，然而加密后的图像像素之间的统计性被破坏，无法进行压缩处理，不利于图像的存储和传输。(2)图像压缩编码后再进行加密，图像的数据量比较大，传统的AES等加密手段的计算复杂度比较高，不利于实时处理。(3)联合图像压缩编码和加密。为了降低加密算法的复杂度，通过置乱或者加密变换(如DCT和DWT等)后的关键系数达到加密的效果。然而这将破坏变换域系数的规律，不利于图像的后继压缩编码。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于随机算术编码的多方向稀疏表示的图像压缩安全编码方法，该加密算法的计算复杂度低，安全性高，解码图像有更好的客观质量和主观效果，能够保持较好的图像局部细节特征。

本发明实现其发明目的，所采用的技术方案是，一种基于多方向稀疏表示的图像压缩加密方法，其步骤如下：

a、多方向的对偶双树离散小波变换：首先对图像用对偶双树离散小波变换分解，分解时第一层采用CDF 9/7滤波器组分解，其余各层分解采用6抽头的q-shift滤波器组分解，获得-75°，-45°，-15°，15°，45°和75°六个方向的高频子带；然后对得到的六个方向的高频子带用各向异性的方向滤波器组进行分解，各向异性的方向滤波器组由7阶最大平坦菱形滤波器经过McClellan变换和调制构造，且其高、低通滤波器的支撑长度分别为(29，29)和(43，43)；分解后得到大小是原始图像二倍的分解系数；

b、系数稀疏化：对a步得到的分解系数进行噪声整形得到稀疏化表示的系数；