一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，將靜止圖像分解為小圖像序列后利用視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行壓縮，為靜止圖像的編碼提供了一種新的途徑。不僅進(jìn)一步提高了靜止圖像的壓縮比，而且在只有視頻設(shè)備的場合仍能完成圖像的編碼。實驗表明，應(yīng)用本發(fā)明的方法相對JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)，壓縮比可提高31％，在壓縮比相當(dāng)?shù)那闆r下PSNR可獲得5.5dB的高增益。同時，本發(fā)明可在不影響壓縮性能和視覺效果的情況下完成加密，具有較高的安全性。
【專利說明】一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種圖像通信的方法，特別涉及一種圖像壓縮與保密傳輸方法與系 統(tǒng)，屬于通信（如數(shù)據(jù)通信技術(shù)等）領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 在當(dāng)前的信息時代，80%涌現(xiàn)的信息人們需要通過圖像、視頻等格式的媒體形式 來獲知。為了節(jié)約帶寬，在傳輸前需對圖像和視頻進(jìn)行編碼，例如常用的圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)有 JPEG等，而視頻則常用H. 264、MPEG-2、MPEG-4等編碼標(biāo)準(zhǔn)。JPEG制定于1991年，作為靜態(tài) 圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，在數(shù)字圖像領(lǐng)域得到了廣泛而成功的應(yīng)用；而H. 264是ITU-T提出的一種較 新的面向甚低碼率視頻通信應(yīng)用的視頻圖像壓縮標(biāo)準(zhǔn)，其中采用了運動估計、整數(shù)DCT變 換、可變步長量化、可變長熵編碼等技術(shù)，獲得了高效的視頻編碼性能。視頻和圖像的編碼 標(biāo)準(zhǔn)都取得了較好的效果并得到了廣泛的應(yīng)用，但當(dāng)前的研究和應(yīng)用都因為兩種媒體格式 的差異而采用了不同的編碼方式，即視頻用視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)來壓縮、圖像用圖像編碼標(biāo)準(zhǔn)來 壓縮。如果能使用視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)來編碼圖像，不僅能獲得統(tǒng)一格式的編碼文件，提高靜止圖 像壓縮標(biāo)準(zhǔn)JPEG的壓縮比，而且還能在只有視頻編碼設(shè)備的場合下對靜止圖像進(jìn)行編碼。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出了一種基于視頻的圖像壓 縮及保密傳輸方法，提高了 JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)的壓縮比和靜止圖像傳輸時的安全性。
[0004] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，步驟如下：
[0005] 1)將大小為M1XN1的原始圖像X根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像大小KXL調(diào)整成尺寸為MXN 的圖像A，對調(diào)整后的圖像A進(jìn)行抽取并形成圖像序列A1、A2、···. .、An ;其中，每個小圖像 Al、A2、…、An的大小均為KXL ;所述的Μ、N分別能被K、L整除；
[0006] 2)根據(jù)收發(fā)兩端預(yù)先約定的排列順序?qū)D像序列A1、A2、···..、An從新排序，得 到新的圖像序列Bl、B2、…、Bn，并將該約定的排列順序編號記為h ;
[0007] 3)將原始圖像X的尺寸M1、N1以及排序編號h嵌入到步驟2)中形成的小圖像序 列Β1、Β2、....·、Βη中，形成含密圖像序列C1、C2、...··、〇!;
[0008] 4)將含密圖像序列Cl、C2、…Cn按照標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼方法進(jìn)行壓縮；
[0009] 5)接收端經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)視頻解碼后得到恢復(fù)后的含密圖像序列Cl、C2、…、Cn ;
[0010] 6)從含密圖像序列Cl、C2、……、Cn中提取出嵌入的信息Ml、Nl、h，從而獲得原 始圖像X的大小和排序編號h的值，進(jìn)而得到恢復(fù)的小圖像序列B1、B2、···..、Bn ;
[0011] 7)根據(jù)排序編號h將B1、B2、……、Bn恢復(fù)成小圖像序列A1、A2、……、An ;
[0012] 8)將小圖像序列A1、A2、···. .、An按照步驟1)中抽取的逆過程恢復(fù)成大小為MXN 的圖像，然后將其按照步驟1)中調(diào)整的逆過程調(diào)整為大小為M1XN1的圖像。
[0013] 所述步驟1)中所述的調(diào)整原始圖像的具體方法為：如果M1、N1不能分別被K、L整 除時，則對原始圖像X的邊緣利用相鄰行或相鄰列的像素值進(jìn)行填充，將原始圖像X調(diào)整形 成為大小為MXN的圖像A;如果Ml、N1能分別被K、L整除時則不需調(diào)整，即Ml = Μ、N1 = N〇
[0014] 所述步驟3)中將原始圖像X的尺寸M1、N1以及排序編號h嵌入到步驟2)中形成 的小圖像序列Bl、B2、···..、Bn中的具體方法為：把待嵌入的信息按信息隱藏的方法嵌入 到從新排列后的小圖像序列中的第一幅小圖像B1中，其余小圖像不變。
[0015] 所述步驟4)中對含密圖像序列C1、C2、···..、〇!進(jìn)行視頻編碼的步驟如下：根據(jù) JPEG格式的壓縮比設(shè)置視頻編碼器H. 264的量化步長參數(shù)Qp，使得壓縮比不低于JPEG標(biāo) 準(zhǔn)，再進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼。
[0016] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：
[0017] 目前的常用的圖像壓縮方法主要JPEG等，視頻壓縮方法主要有MEPG-2、MEPG-4、 H. 264等，當(dāng)前的文獻(xiàn)中也提到了一些其他的壓縮方法。但現(xiàn)有的研究和應(yīng)用中都針對著 兩種媒體采用了不同的壓縮處理方式：利用圖像壓縮技術(shù)來編碼視頻因其效果差而未采 用，利用視頻壓縮技術(shù)來編碼靜止圖像的方法也未出現(xiàn)。該方法打破了常規(guī)，對圖像編碼時 先將圖像抽取、排列成視頻序列，采用視頻編碼的方法來壓縮靜止圖像，獲取了更高的壓縮 t匕。另外，隨機(jī)改變分解后的小圖像序列對壓縮性能的影響微乎其微，因此，該方法在發(fā)送 端采用約定的排列方式來重新編排子圖像的位置，在不改變壓縮性能的情況下達(dá)到了加密 的效果，這打破了現(xiàn)有加密算法不可見的傳統(tǒng)。
[0018] 本發(fā)明利用視頻編碼技術(shù)來壓縮靜止圖像，較之于JPEG圖像壓縮方法獲得了更 高的壓縮比，取得了意想不到的效果。
[0019] (1)本發(fā)明提出了一種采用視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)壓縮靜止圖像的獨特方法，在提高壓縮 比的情況下，還能對靜止圖像起到加密的作用，提高了靜止圖像傳輸?shù)陌踩浴?br> [0020] (2)本發(fā)明采用的基于視頻的靜止的編碼方法，其性能優(yōu)于當(dāng)前廣泛應(yīng)用于圖像 領(lǐng)域的JPEG壓縮標(biāo)準(zhǔn)。
[0021] (3)本發(fā)明利用小圖像序列之間相關(guān)性很強(qiáng)的特點，隨機(jī)的改變小圖像序列的排 列順序，這樣既對壓縮比沒有影響又能起到加密的作用，而且和傳統(tǒng)加密不同，本方法還掩 蓋了加密的事實。
[0022] (4)本發(fā)明把一幅高質(zhì)量的圖像變成了多幅低質(zhì)量的圖像進(jìn)行傳輸，對原始的高 質(zhì)量圖像起到了保護(hù)的作用。非法用戶只能獲取低質(zhì)量圖像，而合法用戶能高保真的恢復(fù) 出原始圖像。
[0023] (5)本發(fā)明可將圖像、視頻采用一種編碼設(shè)備進(jìn)行壓縮，可在只有視頻編碼設(shè)備的 情況下，仍能完成視頻和圖像的編碼工作。
[0024] (6)本發(fā)明可與傳統(tǒng)的加密方法同時使用。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0025] 圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0026] 圖2為測試原始圖像；
[0027] 圖3為調(diào)整后的圖像；
[0028] 圖4為分解后的小圖像序列。

【具體實施方式】
[0029] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，具體步驟如下：
[0030] 1)將大小為M1XN1的原始圖像X根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像大小KXL調(diào)整成尺寸為MXN 的圖像A，對調(diào)整后的圖像A進(jìn)行抽取并形成圖像序列A1、A2、···. .、An ;其中，每個小圖像 Al、A2、…、An的大小均為KXL ;所述的Μ、N分別能被K、L整除；如果Ml、N1不能分別 被K、L整除時，則對原始圖像X的邊緣利用相鄰行或相鄰列的像素值進(jìn)行填充，將原始圖像 X調(diào)整形成為大小為MXN的圖像A ;如果Ml、N1能分別被K、L整除時則不需調(diào)整，即Ml = M、N1 = N ;
[0031] 2)如表一所示，根據(jù)收發(fā)兩端事先約定排序表的排序編號h將圖像序列Al、 A2、·····、An 的順序 1、2、···、]!變成 pi、p2、·····、pn 或者 ql、q2、…..、qn 或者 si、82、《"..、811等，形成新的圖像序列81、82、《"..、811。其中，序號1 1 = 0時對應(yīng)原始排列 順序1，2，….，n ;h = 1時對應(yīng)約定排列順序pl、p2、…..、pn ;h = 2時對應(yīng)約定排列順 序ql、q2、…、qn ;…..；h = J時對應(yīng)約定排列順序si、s2、…、sn等，即該約定順 序可選用多種隨機(jī)排列順序；
[0032] 表一
[0033]

【權(quán)利要求】
1. 一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，其特征在于步驟如下： 1) 將大小為M1XN1的原始圖像X根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)視頻圖像大小KXL調(diào)整成尺寸為MXN的 圖像A，對調(diào)整后的圖像A進(jìn)行抽取并形成圖像序列Al、A2、···..、An ;其中，每個小圖像 A1、A2、···..、An的大小均為KXL;所述的M、N分別能被K、L整除； 2) 根據(jù)收發(fā)兩端預(yù)先約定的排列順序?qū)D像序列A1、A2、…..、八!!從新排序，得到新 的圖像序列Bl、B2、…、Bn，并將該約定的排列順序編號記為h ; 3) 將原始圖像X的尺寸M1、N1以及排序編號h嵌入到步驟2)中形成的小圖像序列B1、 B2、一..411中，形成含密圖像序列C1、C2、·····、〇!; 4) 將含密圖像序列Cl、C2、…Cn按照標(biāo)準(zhǔn)視頻編碼方法進(jìn)行壓縮； 5) 接收端經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)視頻解碼后得到恢復(fù)后的含密圖像序列Cl、C2、…、Cn ; 6) 從含密圖像序列C1、C2、、Cn中提取出嵌入的信息Ml、Nl、h，從而獲得原始圖 像X的大小和排序編號h的值，進(jìn)而得到恢復(fù)的小圖像序列B1、B2、···..、Bn ; 7) 根據(jù)排序編號h將B1、B2、……、Bn恢復(fù)成小圖像序列A1、A2、……、An; 8) 將小圖像序列A1、A2、···. .、An按照步驟1)中抽取的逆過程恢復(fù)成大小為MXN的 圖像，然后將其按照步驟1)中調(diào)整的逆過程調(diào)整為大小為M1XN1的圖像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，其特征在于：所 述步驟1)中所述的調(diào)整原始圖像的具體方法為：如果M1、N1不能分別被K、L整除時，則對 原始圖像X的邊緣利用相鄰行或相鄰列的像素值進(jìn)行填充，將原始圖像X調(diào)整形成為大小 為MXN的圖像A ;如果M1、N1能分別被K、L整除時則不需調(diào)整，即Ml = M、N1 = N。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，其特征在于：所 述步驟3)中將原始圖像X的尺寸M1、N1以及排序編號h嵌入到步驟2)中形成的小圖像序 列Bl、B2、···..、Bn中的具體方法為：把待嵌入的信息按信息隱藏的方法嵌入到從新排列 后的小圖像序列中的第一幅小圖像B1中，其余小圖像不變。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于視頻的圖像壓縮及保密傳輸方法，其特征在于：所 述步驟4)中對含密圖像序列Cl、C2、…Cn進(jìn)行視頻編碼的步驟如下：根據(jù)JPEG格式 的壓縮比設(shè)置視頻編碼器H. 264的量化步長參數(shù)Qp，使得壓縮比不低于JPEG標(biāo)準(zhǔn)，再進(jìn)行 標(biāo)準(zhǔn)的視頻編碼。
【文檔編號】H04N19/88GK104065976SQ201410300478
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月27日
【發(fā)明者】周詮, 朱厲洪, 王菊花, 呼延烺, 崔濤, 魏佳圓, 梁薇 申請人:西安空間無線電技術(shù)研究所