[发明专利]一种数字图像压缩加密联合编码方法

说明书

技术领域

本发明属于图像加密技术领域，具体涉及一种数字图像压缩加密联合编码方法。

背景技术

近年来，随着多媒体与计算机网络技术的飞速发展，数字图像作为最直观的信息载体已成为人们进行信息交流的重要手段，越来越多的数字图像在以Internet、无线网络等为代表的开放性网络中传播，极大的方便了信息的访问与共享；与此同时，商业、金融、医疗、科研、军事、政治等诸多敏感领域的图像信息在开放网络环境下的传输存在着巨大的安全隐患，经常会遭到各种人为的攻击，包括信息的非法窃取、篡改与发布等，给信息拥有者造成巨大的损失。

与普通文字信息相比，数字图像具有容量大、冗余度高、可理解性好等特点。现代密码学中典型的加密算法，如Triple-DES(三重-数据加密标准)、AES(高级加密标准)、IDEA(国际数据加密算法)等，可以应用于图像加密，但其并未考虑到图像信息的固有特点，因此并不适合于图像加密。尤其近年来随着宽带网络应用的普及，传统算法在加密速度上越来越不能满足日益增长的图像实时安全传输的需求。

基于以上背景，近年来图像加密技术得到了广泛深入的研究，已成为密码学的一个热点研究分支；在国内外学者提出的众多方法中，基于混沌动力学的加密方法，得到了广泛的关注。自上世纪90年代中期以来，很多学者发现混沌学与密码学之间存在着天然的联系；混沌系统具有的初值与系统参数极端敏感性、遍历性、轨道不可预测性以及良好的伪随机性等一系列特性，使其能够很好的满足构建一个安全性能良好的密码系统的需求。基于混沌动力学构造的加密系统，提供了安全性与加密效率的一个良好的平衡，其既具有很高的安全性保证，又具有软、硬件实现简单，速度较快的特点，特别适合于对数据量较大的数字图像进行加密，实现数字图像的实时、安全传输；目前，基于混沌的图像加密方法已成为图像信息安全的主流技术和研究热点。

然而，绝大多数的现有图像加密算法均未考虑到图像压缩的问题；从密码学的角度来讲，加密后的密文图像像素灰度值应具有良好的随机分布特性，即：密文图像的信息熵应逼近理想随机信源的信息熵；然而，这一密码学的良好特性却违背了数据压缩的基本准则；根据香农(Shannon)信息论的原理，最佳的(无损)数据压缩方法的理论极限是信息熵；有损压缩则是在人的视觉系统容许范围内，通过丢弃一些信息，即突破信息熵的限制，以得到更大的压缩率；由于加密过程改变了源图像的信息熵，使其逼近理论上的最大值，因此加密后的图像从统计分析上看已不具备任何冗余特性，从编码角度来看已几乎不能压缩；这一对矛盾严重制约了图像信息安全技术的发展与应用。

发明内容

针对现有技术的缺点，本发明提出一种数字图像压缩加密联合编码方法，以达到解决图像加密后数据无法进行有效压缩的目的。

一种数字图像压缩加密联合编码方法，包括以下步骤：

步骤1、将待压缩加密图像进行色彩空间转换，即由RGB色彩空间转换至YCrCb色彩空间，获得由多个最小数据单元构成的图像；

步骤2、针对于转换后的图像，对其最小数据单元内像素点的亮度和色度进行采样；

步骤3、采用二维离散余弦变换方法对采样后的图像进行变换，即将图像的像素点由空间域转换至频率域，获得频率域内，图像每个最小数据单元内像素点的亮度和色度；

步骤4、根据亮度和色度量化表，对频率域内，图像每个最小数据单元内像素点的亮度和色度进行量化；

即将每个像素点的亮度或色度除以其对应量化步长，并将计算结果进行四舍五入获得量化后的亮度值或色度值；

步骤5、确定量化后每个最小数据单元的亮度直流分量和色度直流分量，并对其进行加密，具体步骤如下：

步骤5-1、按照最小数据单元的先后顺序，将每个最小数据单元的亮度直流分量构成一个序列；

步骤5-2、根据logistic混沌映射对亮度直流分量构成的序列进行置乱，具体如下：

步骤5-2-1、用户根据实际需求设置logistic混沌映射的置乱密钥和控制参数；

x_n+1＝rx_n(1-x_n) (1)