[发明专利]一种基于二阶元胞自动机的图像加密压缩方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于二阶元胞自动机的图像加密压缩方法及系统，该方法将图像加密与信息压缩相结合，首先获取明文图像的稀疏序列，利用元胞自动机生成测量矩阵，并结合STP‑CS减少测量矩阵的存储空间实现图像压缩，接着利用基于元胞自动机的伪随机发生器置乱原始图像。元胞自动机具有对初始值的敏感性、行为的随机性以及演化的不可预知性等特点，很适合用于伪随机数列的构造。压缩感知以远小于Nyquist采样定理规定的样本数目的采样的同时实现图像的加密与压缩，大大减少了采样率和计算量。本发明能够有效实现图像加密与压缩，且图像恢复性能十分优良，有效减少带宽与计算量。

技术领域

本发明涉及一种基于二阶元胞自动机的图像加密压缩方法及系统，属于图像信息安全技术领域。

背景技术

随着信息化时代的快速发展，智能化设备的普及和传统网络技术的革新，导致数据爆炸式增长，信息安全问题也日趋显著成为人们关注的重点。信息安全涵盖许多方面，图像信息安全是其重要分支。图像加密技术是现行的图像信息安全有效方式。传统图像加密将密图生成类噪声或纹理的图像，一定程度上能够保证图像安全，但是其加密的图像尺寸与原始明文图像尺寸一致。若明文图像过大，加密后的密文在公共信道上传输时，会增加带宽与传输的压力。因此就密文图像的加密尺寸而言有更大的研究前景。

压缩感知技术近年来被广泛地应用到图像加密领域，在以远小于Nyquist采样定理规定的样本数目采样的同时实现了图像的压缩与加密，大大降低了采样率与计算量。压缩感知技术为传统的加密机制提供了传输实时性和安全性等新的提高方法，可以作为图像加密技术的重要工具。元胞自动机具有组成单元的简单性、单元之间作用的局部性和信息处理的高度并行性，并表现出复杂的全局特性等特点，使得元胞自动机在密码学领域有着独特的优势。将其与压缩感知相互结合，在元胞自动机的基础上，设计出高效的加密压缩机制，将其应用于图像加密中，能够设计出一个新颖高效的图像加密方案。

发明内容

本发明为解决的上述的技术问题，提供了一种基于二阶元胞自动机的图像加密压缩方法及系统。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种基于二阶元胞自动机的图像加密压缩方法，包括：

对明文图像进行离散小波变换，得到稀疏矩阵；

将256位的二进制密匙K_seed，规则号R1代入二阶元胞自动机，构造测量矩阵Ψ；

将半张量积压缩感知用于稀疏矩阵，得到测量值矩阵；

对测量值矩阵进行量化，得到量化矩阵；

通过矩阵变换，将量化矩阵变换成一维矩阵；

将256位的二进制密匙K_seed，规则号R2代入二阶元胞自动机，生成伪随机序列；

将伪随机序列转换为实数序列，利用排序后的实数序列对一维矩阵进行置乱，得到置乱后的矩阵；

通过矩阵变换，将置乱后的矩阵变换成与量化矩阵同维度的矩阵，完成对明文图像的加密压缩。

进一步，所述对明文图像进行离散小波变换，得到稀疏矩阵，具体为：

对明文图像进行离散小波变换，得到与原始图像相同尺寸大小的稀疏系数矩阵P₁；

将P₁中小于设定阈值的元素置为0，得到稀疏矩阵P₂。

进一步，所述将256位的二进制密匙K_seed，规则号R1代入二阶元胞自动机，构造测量矩阵Ψ，具体为：

首先，二阶元胞自动机根据规则R1迭代次，得到长为位的序列O，其中M是明文图像的长，N是明文图像的宽；