[发明专利]一种基于混沌的多级树集合分裂编码图像加密方法

说明书

提出了一种基于混沌映射的多级树集合分裂编码图像的部分加密方法。该方案采用基于小波系数构成的四叉树的多级树集合分裂图像编码方法，编码后的图像为一个可扩展的二进制位流。修改多级树集合分裂编码码流不同类型的比特位的值导致图像不同程度的退化降质。这意味着编码时的六种比特位在解码时有不同程度的贡献。只要加密贡献最大的比特位，就可以保证信息不被泄露，并且计算量最小。然后用分段线性混沌映射产生随机位流与图像编码的重要位异或进行加密并扩散。通过性能及安全性分析证明该方法具有加密位数少，加密效果好，抵抗攻击能力强等优势。

技术领域

本发明涉及混沌映射和图像加密与编码，属于信息安全领域。

背景技术

当今社会，越来越多的便携设备，如移动电话和个人数码助理(PDA)等都具有了图像显示功能，实际上大部分的数据通信都变成了多媒体信息的传输。同时，无线网络和有线互联网等通信信道的保密性相对不断普及的科技而言变得越来越差了。为了推动联机协作等下一代多媒体应用的广泛运用，安全性是该类服务的一个核心问题。多媒体系统的安全性日益重要了。

高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)等这些强大的加密方案是用来对任意二进制数据进行加密的，它们没有考虑多媒体数据的特殊属性，如数据量量，像素间相关性高等，所以多媒体数据的加密需要进一步深入研究。图像和视频需要加密和解密的数据量非常庞大，这样在传输加密之前进行压缩是非常有必要的。基于小波变换的多级树集合分裂(The Set Partitioning in Hierarchical Trees，SPIHT)把图像编码为一个可扩展的比特位流，是一种高效的图像有损压缩编码。SPIHT能够很好的适应于带宽有限的传输信道，因此出现了许多基于SPIHT编码的用于非安全信道的加密技术。然而，现有方法中要么预定义重要位，使密码系统易于攻击，要么随机确定重要位，存在极端情况下，只有很少甚至没有重要位被加密，不能保证加密效果，要么加密位较多，使编码和加密过程占用大量的系统资源。

本发明提出了一种基于混沌映射的多级树集合分裂编码图像的部分加密方法。该方案采用A Said等提出的基于小波系数构成的四叉树的多级树集合分裂图像编码方法，编码后的图像为一个可扩展的二进制位流，然后用分段线性混沌映射产生随机位流与图像编码的重要位异或进行加密并扩散，该方法具有加密位数少，加密效果好，抵抗攻击能力强等优势。

发明内容

SPIHT编码方法在小波变换得到的小波系数构成的空间方向树的基础上进行多级树集合分裂。空间方向树的构建如图1所示。SPIHT算法的编码过程分为排序过程(sortingpass)和细化过程(refine pass)。编码中使用了三个表：不重要系数表(list ofsignificant pixels，LIP)，不重要集合表(list of insignificant sets，LIS)和重要系数表(list of significant pixels，LSP)。对LIP和LIS中的表项进行排序扫描，对LSP中的小波系数进行细化，经过k次迭代后，小波系数矩阵就被编码为一个二进制位流了。该编码方法简单高效，且具有非常好的可扩展性，即由不同的码流量可以重建出分辨率不同的图像。