[发明专利]一种1比特图像压缩加密方法

说明书

一种1比特图像压缩加密方法，先将原始图像进行二维离散小波变换，得到稀疏系数矩阵；之后使用随机置换矩阵对稀疏系数进行置换；再利用高斯随机矩阵对置换后的稀疏系数矩阵进行投影测量，得到测量值；最后对测量值进行1比特量化得到密文。本发明的一种1比特图像压缩加密方法，能够提高图像压缩比、提高加密系统的安全性和提高图像压缩比和图像重建精度的1比特图像压缩加密方法。

技术领域

本发明涉及一种图像压缩方法。特别是涉及一种1比特图像压缩加密方法

背景技术

随着信息技术和互联网技术的快速发展，人们对网络系统和网络资源的依赖性越来越大。在互联网上快速增长的电子数据处理和电子商务应用，以及不断出现的国际恐怖主义事件，增加了对更好地保护计算机及其存储、加工和传输的信息的需求。

图像作为一种新的信息载体，具有直观形象、生动具体等特点，在互联网领域得到了广泛应用。在储存传输重要图像时，为确保图像安全，需要设计安全高效的图像加密技术对其进行保护。

传统图像加密手段一般通过特定操作将原始图像信息变为类似于随机噪声的信息，此类信息对密钥未知的网络窃听者是不可识别的，而对授权方可用预先约定的密钥和解密方法，对密文进行解密而得到解密图像，进而有效地保护了传输的图像信息。

然而，图像的一些内在特性如数据量大，数据冗余度高，数据相关性强等，使得传统数据加密算法效率很低、计算复杂度较高，加密速度慢，硬件实现复杂，无法满足当今高效社会的需求。

Candes和Donoho等人提出了压缩感知理论，利用信号的稀疏性，可以在远低于奈奎斯特频率的条件下进行信号采样，并完美重建原始信号。压缩感知理论为图像加密提供了崭新的思路。国际上有学者提出“图像压缩加密”的概念，即图像压缩和图像加密同时在一步中完成。图像压缩加密方法具有计算复杂度低、硬件实现简单的特点，特别适用于互联网、移动设备、可穿戴设备等硬件资源有限的系统。例如专利申请CN105915911A提出了一种基于并行压缩感知和阿诺德置乱的图像压缩加密算法，CN105719224A提出了一种基于对偶数复小波变换的压缩感知的生物特征图像加密方法，CN105306779A提出了一种基于压缩感知和索引置乱的图像加密方法等。综上可见，基于压缩感知的图像加密方法具有较好的加密效果，是图像加密技术的一个重要研究方向。

然而，已有的图像压缩加密方法主要有以下两方面缺点：

(1)压缩数据量化深度高，已有的图像压缩加密方法一般采用8比特以上的量化深度对压缩值进行量化，压缩后的数据量依然较大，数据传输及存储效率较低，不适用于移动设备或可穿戴设备等低功耗、分布式的应用场景。

(2)已有的图像压缩加密方法会泄漏原始图像的能量信息，不具备完善保密性，容易受到外部攻击而被破解。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够提高图像压缩比、提高加密系统的安全性和提高图像压缩比和图像重建精度的1比特图像压缩加密方法。

本发明所采用的技术方案是：一种1比特图像压缩加密方法，先将原始图像进行二维离散小波变换，得到稀疏系数矩阵；之后使用随机置换矩阵对稀疏系数进行置换；再利用高斯随机矩阵对置换后的稀疏系数矩阵进行投影测量，得到测量值；最后对测量值进行1比特量化得到密文；具体包括如下步骤：

1)对原始二维图像进行二维离散小波变换：

A＝Ψ^TXΨ,

其中X是n×n的图像像素矩阵，Ψ为小波稀疏基，A为经过二维离散小波变换后的系数矩阵，所述的系数矩阵是系数矩阵；

2)对系数矩阵进行向量化，得到系数向量a：

a＝mat2vec(A),