一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法
【專利摘要】本發(fā)明一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，屬于圖像加密【技術領域】，本方法基于目前應用最為廣泛的JPEG壓縮編碼標準實現(xiàn)，在編碼過程中融入了基于混沌的加密算法；根據(jù)JPEG標準對DC系數(shù)和AC系數(shù)分開進行編碼的特點，對圖像的DC系數(shù)和AC系數(shù)分別進行加密；為兼顧安全性與壓縮效率，本方法對全部DC及部分AC系數(shù)進行加密，將所有DCT塊中相同位置的系數(shù)組成不同的分組，在組內(nèi)進行置亂和擴散，以最大可能降低加密過程對差分編碼及行程編碼的破壞；置亂和擴散分別基于logistic和Chebyshev混沌映射實現(xiàn)；實驗證明，該方法在提供有效的圖像數(shù)據(jù)安全保護的同時，具有較好的數(shù)據(jù)壓縮能力。
【專利說明】一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于圖像加密【技術領域】，具體涉及一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法。
【背景技術】
[0002] 近年來，隨著多媒體與計算機網(wǎng)絡技術的飛速發(fā)展，數(shù)字圖像作為最直觀的信息 載體已成為人們進行信息交流的重要手段，越來越多的數(shù)字圖像在以Internet、無線網(wǎng)絡 等為代表的開放性網(wǎng)絡中傳播，極大的方便了信息的訪問與共享；與此同時，商業(yè)、金融、醫(yī) 療、科研、軍事、政治等諸多敏感領域的圖像信息在開放網(wǎng)絡環(huán)境下的傳輸存在著巨大的安 全隱患，經(jīng)常會遭到各種人為的攻擊，包括信息的非法竊取、篡改與發(fā)布等，給信息擁有者 造成巨大的損失。
[0003] 與普通文字信息相比，數(shù)字圖像具有容量大、冗余度高、可理解性好等特點?，F(xiàn)代 密碼學中典型的加密算法，如Triple-DES (三重-數(shù)據(jù)加密標準）、AES (高級加密標準）、 IDEA(國際數(shù)據(jù)加密算法）等，可以應用于圖像加密，但其并未考慮到圖像信息的固有特 點，因此并不適合于圖像加密。尤其近年來隨著寬帶網(wǎng)絡應用的普及，傳統(tǒng)算法在加密速度 上越來越不能滿足日益增長的圖像實時安全傳輸?shù)男枨蟆?br>
[0004] 基于以上背景，近年來圖像加密技術得到了廣泛深入的研究，已成為密碼學的一 個熱點研究分支；在國內(nèi)外學者提出的眾多方法中，基于混沌動力學的加密方法，得到了廣 泛的關注。自上世紀90年代中期以來，很多學者發(fā)現(xiàn)混沌學與密碼學之間存在著天然的聯(lián) 系；混沌系統(tǒng)具有的初值與系統(tǒng)參數(shù)極端敏感性、遍歷性、軌道不可預測性以及良好的偽隨 機性等一系列特性，使其能夠很好的滿足構建一個安全性能良好的密碼系統(tǒng)的需求?；?混沌動力學構造的加密系統(tǒng)，提供了安全性與加密效率的一個良好的平衡，其既具有很高 的安全性保證，又具有軟、硬件實現(xiàn)簡單，速度較快的特點，特別適合于對數(shù)據(jù)量較大的數(shù) 字圖像進行加密，實現(xiàn)數(shù)字圖像的實時、安全傳輸；目前，基于混沌的圖像加密方法已成為 圖像信息安全的主流技術和研究熱點。
[0005] 然而，絕大多數(shù)的現(xiàn)有圖像加密算法均未考慮到圖像壓縮的問題；從密碼學的角 度來講，加密后的密文圖像像素灰度值應具有良好的隨機分布特性，即：密文圖像的信息熵 應逼近理想隨機信源的信息熵；然而，這一密碼學的良好特性卻違背了數(shù)據(jù)壓縮的基本準 貝1J ;根據(jù)香農(nóng)（Shannon)信息論的原理，最佳的（無損）數(shù)據(jù)壓縮方法的理論極限是信息 熵；有損壓縮則是在人的視覺系統(tǒng)容許范圍內(nèi)，通過丟棄一些信息，即突破信息熵的限制， 以得到更大的壓縮率；由于加密過程改變了源圖像的信息熵，使其逼近理論上的最大值， 因此加密后的圖像從統(tǒng)計分析上看已不具備任何冗余特性，從編碼角度來看已幾乎不能壓 縮；這一對矛盾嚴重制約了圖像信息安全技術的發(fā)展與應用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006] 針對現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明提出一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，以達到 解決圖像加密后數(shù)據(jù)無法進行有效壓縮的目的。
[0007] -種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，包括以下步驟：
[0008] 步驟1、將待壓縮加密圖像進行色彩空間轉換，即由RGB色彩空間轉換至YCrCb色 彩空間，獲得由多個最小數(shù)據(jù)單元構成的圖像；
[0009] 步驟2、針對于轉換后的圖像，對其最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的亮度和色度進行采 樣；
[0010] 步驟3、采用二維離散余弦變換方法對采樣后的圖像進行變換，即將圖像的像素點 由空間域轉換至頻率域，獲得頻率域內(nèi)，圖像每個最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的亮度和色度；
[0011] 步驟4、根據(jù)亮度和色度量化表，對頻率域內(nèi)，圖像每個最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的 亮度和色度進行量化；
[0012] 即將每個像素點的亮度或色度除以其對應量化步長，并將計算結果進行四舍五入 獲得量化后的亮度值或色度值；
[0013] 步驟5、確定量化后每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度直流分量和色度直流分量，并對其進 行加密，具體步驟如下：
[0014] 步驟5-1、按照最小數(shù)據(jù)單元的先后順序，將每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度直流分量構 成一個序列；
[0015] 步驟5-2、根據(jù)logistic混沌映射對亮度直流分量構成的序列進行置亂，具體如 下：
[0016] 步驟5-2-1、用戶根據(jù)實際需求設置logistic混沌映射的置亂密鑰和控制參數(shù)；
[0017] xn+1 = rxn(l-xn) (1)
[0018] 其中，xn+1表示n+1次迭代中的logistic映射狀態(tài)變量；r表示logistic映射的 控制參數(shù)，re (3. 56995,4] ;xn表示η次迭代中的logistic映射狀態(tài)變量；xne [0，l]，Xn 的初始值作為亮度直流分量的系數(shù)置亂密鑰，由用戶根據(jù)實際需求設定；
[0019] 步驟5-2-2、預迭代logistic映射Ν。次，Ν。彡200,使映射充分進入混沌狀態(tài)；
[0020] 步驟5-2-3、在步驟5-2-2的基礎上繼續(xù)迭代logistic映射，獲得偽隨機位置坐 標；
[0021] positionobJ = mod [floor (xnX 1014), (lengthXwidth/N2-positioncurr+l) ]+posit ioncurr (2)
[0022] 其中，position。^為當前操作的亮度直流分量在序列中的位置；position^.為交 換目標亮度直流分量在序列中的位置，即偽隨機位置坐標；floor(x nX1014)函數(shù)返回距離 xnX 1014最近的整數(shù)值；length表示圖像的長；width表示圖像的寬；xn表示當前狀態(tài)變 量；N表示最小數(shù)據(jù)單元的長或寬；mod(X，y)函數(shù)表示返回X除以y的余數(shù)；
[0023] 步驟5-2-4、將當前操作的亮度直流分量與目標位置的亮度直流分量進行交換；
[0024] 步驟5-2-5、返回步驟5-2-3,直到序列中所有亮度直流分量的位置均交換完成， 即完成亮度直流分量的置亂處理；
[0025] 步驟5-2-6、返回執(zhí)行步驟5-2-1至步驟5-2-5,完成色度直流分量的置亂處理；
[0026] 步驟5-3、根據(jù)Chebyshev映射對置亂后的亮度直流分量構成的序列和置亂后的 色度直流分量構成的序列進行擴散，具體如下：
[0027] 步驟5-3-1、用戶根據(jù)實際需求設置Chebyshev映射的擴散密鑰和控制參數(shù)；
[0028] X' n+1 = cos (k · acos (X' n)) (3)
[0029] 其中，k表示Chebyshev映射的控制參數(shù)，k彡2 ;acos(.)表示反余弦函數(shù)，x' n+1 代表第n+1次迭代Chebyshev映射的狀態(tài)變量值，X' n代表第η次迭代Chebyshev映射的 狀態(tài)變量值，f ne[-l，l]，x' "的初始值X' J乍為亮度直流分量的系數(shù)擴散密鑰，由用 戶根據(jù)實際需求設定；
[0030] 步驟5-3-2、預迭代Chebyshev映射％次，％ > 200,使映射充分進入混沌狀態(tài)；
[0031] 步驟5-3-3、在步驟5-3-2的基礎上繼續(xù)迭代Chebyshev映射，對當前狀態(tài)變量 V "進行量化，獲得密鑰流元素；
[0032] kn = mod [floor (X' nX 1014)，L] (4)
[0033] 其中，kn表示密鑰流元素，L表示圖像邊長；
[0034] 步驟5-3-4、根據(jù)密鑰流元素對序列中當前亮度直流分量進行加密，即進行異或操 作；
[0035] DC，n = kn ? DCn ? DC，- (5)
[0036] 其中，DCn表示當前操作的亮度直流分量；DC' "表示加密后的亮度直流分量； DC' n_i為前一次迭代中已加密的亮度直流分量，其初始值DC' ^為整型常量，由用戶根據(jù) 實際需求設定，其取值范圍為[0, L]，?表示按位異或操作；
[0037] 步驟5-3-5、返回執(zhí)行步驟5-3-3,直至序列中所有亮度直流分量均完成加密，即 完成亮度直流分量的擴散操作；
[0038] 步驟5-3-6、返回執(zhí)行步驟5-3-1至步驟5-3-5完成色度直流分量的擴散操作；
[0039] 步驟6、確定量化后每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度交流分量和色度交流分量，并對其進 行加密，具體步驟如下：
[0040] 步驟6-1、按照Z字排列順序，將所有最小數(shù)據(jù)單元中的亮度交流分量提取出，提 取的亮度交流分量個數(shù)范圍為[4, 20];
[0041] 步驟6-2、將所有最小數(shù)據(jù)單元提取出的第一個亮度交流分量，按照最小數(shù)據(jù)單元 的排列順序，構成一個序列，并按照Z字排列順序繼續(xù)構建其他亮度交流分量的序列，直至 提取出的最后一個亮度交流分量，按照最小數(shù)據(jù)單元的排列順序，完成構成一個序列，即獲 得所有亮度交流分量所構成的多組序列，序列的組數(shù)為提取的亮度交流分量個數(shù)；
[0042] 步驟6-3、根據(jù)步驟5-2,采用logistic混沛映射對第一組亮度交流分量構成的序 列進行置亂；
[0043] 步驟6-4、根據(jù)步驟5-3,采用Chebyshev映射對置亂后的第一組亮度交流分量構 成的序列進行擴散；
[0044] 步驟6-5、反復執(zhí)行步驟6-3至步驟6-4,直至完成所有組亮度交流分量構成的序 列的置亂和擴散處理，即完成對亮度交流分量的加密；
[0045] 步驟6-6、返回執(zhí)行步驟6-1至步驟6-5,完成對色度交流分量的加密；
[0046] 步驟7、對加密后的亮度直流分量、色度直流分量、亮度交流分量和色度交流分量 進行壓縮處理，具體如下：
[0047] 步驟7-1、對加密后的亮度直流分量序列進行差分脈沖編碼；
[0048] 步驟7-2、對差分脈沖編碼后的亮度直流分量序列進行熵編碼；
[0049] 即根據(jù)差分脈沖編碼后的亮度直流分量的大小，查詢DC系數(shù)熵編碼表，對應獲得 該亮度直流分量所屬范圍，查詢其所占的比特位數(shù)，并確定該亮度直流分量的二進制碼，由 獲得的比特位數(shù)和二進制碼構成該亮度直流分量的熵編碼；并反復執(zhí)行上述內(nèi)容，直至序 列中所有亮度直流分量均完成熵編碼，獲得亮度直流分量的熵編碼碼流；
[0050] 步驟7-3、返回執(zhí)行步驟7-1至步驟7-2,獲得色度直流分量的熵編碼碼流；
[0051] 步驟7-4、對加密后的所有組亮度交流分量序列進行行程長度編碼；
[0052] 即按照Z字排列順序，提取出的所有最小數(shù)據(jù)單元中加密后的亮度交流分量，確 定每一個非零亮度交流分量前〇的個數(shù)，并根據(jù)該非零亮度交流分量值的大小，查詢行程 長度編碼表，確定非零亮度交流分量的比特位數(shù)及其在所屬范圍內(nèi)所處位置；確定非零亮 度交流分量前〇的個數(shù)與其比特位數(shù)的數(shù)值組合，確定其所處位置的二進制碼，并由上述 兩者構成交流分量的行程長度編碼；
[0053] 步驟7-5、對獲得的所有組行程長度編碼進行熵編碼；
[0054] 即根據(jù)非零亮度交流分量前0的個數(shù)與其比特位數(shù)的數(shù)值組合，查詢AC系數(shù)熵編 碼表，確定其對應碼字，并由該碼字和非零交流分量所處位置的二進制碼構成熵編碼，進而 獲得每組亮度交流分量序列的熵編碼流；
[0055] 步驟7-6、返回執(zhí)行步驟7-4至步驟7-5,獲得每組色度交流分量序列的熵編碼 流；
[0056] 步驟7-7、完成對加密后的亮度直流分量、色度直流分量、亮度交流分量和色度交 流分量的壓縮處理；
[0057] 步驟8、根據(jù)獲得的直流分量序列熵編碼碼流和所有組交流分量序列熵編碼碼流， 將壓縮加密后的圖像保存為JPEG格式，即完成圖像的壓縮加密處理。
[0058] 步驟2所述的采樣方式包括：以1 : 1 : 1采樣頻率的方式，對圖像的每個最小數(shù) 據(jù)單元的亮度和色度進行采樣；或以4 : 2 : 2或4 : 1 : 1采樣頻率的方式，對圖像的指 定最小數(shù)據(jù)單元的亮度和色度進行采樣。
[0059] 步驟7-4所述的數(shù)值組合為：R/S，其中，R表示非零亮度交流分量前0的個數(shù)；S表 示非零亮度交流分量的比特位數(shù)。
[0060] 本發(fā)明優(yōu)點：
[0061] (1)本發(fā)明方法將圖像的壓縮編碼與加密有機融合在一起，解決了傳統(tǒng)意義上加 密后數(shù)據(jù)無法進行有效壓縮的問題；在提供有效的圖像數(shù)據(jù)安全保護的同時，具有較好的 數(shù)據(jù)壓縮能力；
[0062] (2)編碼后文件仍符合JPEG國際標準，可通過任何常見的圖像瀏覽器進行查看；
[0063] (3)密鑰空間大于經(jīng)典的分組加密算法，包括DES，AES及IDEA。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0064] 圖1為本發(fā)明一種實施例的數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼架構圖；
[0065] 圖2字本發(fā)明一種實施例的數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法流程圖；
[0066] 圖3為本發(fā)明一種實施例的24位待壓縮加密彩色圖像；
[0067] 圖4為本發(fā)明一種實施例的YCrCb4 : 2 : 2采樣示意圖；
[0068] 圖5為本發(fā)明一種實施例的最小數(shù)據(jù)單元的直流分量位置示意圖；
[0069] 圖6為本發(fā)明一種實施例的直流分量加密架構示意圖；
[0070] 圖7為本發(fā)明一種實施例的參與加密操作的AC系數(shù)示意圖；
[0071] 圖8為本發(fā)明一種實施例的AC系數(shù)加密架構示意圖；
[0072] 圖9為本發(fā)明一種實施例的JPEG標準文件格式示意圖；
[0073] 圖10為本發(fā)明一種實施例的加密效果測試圖，其中，圖（a)為圖像原圖；圖（b)為 JPEG編碼壓縮后的效果圖；圖（c)為壓縮加密聯(lián)合編碼效果圖。
【具體實施方式】
[0074] 下面結合附圖對本發(fā)明一種實施例做進一步說明。
[0075] 本發(fā)明實施例中，數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼架構如圖1所示，本發(fā)明基于目前 應用最為廣泛的JPEG壓縮編碼標準實現(xiàn)，在編碼過程中融入基于混沌的加密算法；由圖1 可見，源圖像經(jīng)過色彩空間轉換與采樣后，分成8X8的數(shù)據(jù)塊（最小數(shù)據(jù)單元）；對每個數(shù) 據(jù)塊內(nèi)的數(shù)據(jù)進行離散余弦變換（DCT)與量化；量化后的數(shù)據(jù)分為直流（DC)系數(shù)和交流 (AC)系數(shù)；根據(jù)兩種系數(shù)的不同特點，本發(fā)明分別對DC(直流分量）和AC(交流分量）系 數(shù)獨立進行加密，以期達到較好加密效果的同時，能夠盡量減小對壓縮效果的影響；本發(fā)明 對兩類系數(shù)的加密均采用混沌密碼學中經(jīng)典的"置亂-擴散"架構進行加密；加密后的DC 系數(shù)和AC系數(shù)分別進行差分脈沖編碼和行程長度編碼，之后送入熵編碼器進行霍夫曼編 碼，以最大限度的去除數(shù)據(jù)冗余；最后，按JPEG標準規(guī)范，構建文件頭并寫入量化表、熵編 碼表、熵編碼器輸出的數(shù)據(jù)以及文件中必要的格式控制信息，形成最終的壓縮加密聯(lián)合編 碼文件。
[0076] -種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，方法流程圖如圖2所示，包括以下步驟：
[0077] 步驟1、將待壓縮加密圖像進行色彩空間轉換，即由RGB色彩空間轉換至YCrCb色 彩空間，獲得由多個最小數(shù)據(jù)單元構成的圖像；
[0078] 如圖3所示，本發(fā)明實施例中對一個大小為256X256的24位真彩圖像實施壓縮 加密；
[0079] 轉換公式為：
[0080]
【權利要求】
1. 一種數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1、將待壓縮加密圖像進行色彩空間轉換，即由RGB色彩空間轉換至YCrCb色彩空 間，獲得由多個最小數(shù)據(jù)單元構成的圖像； 步驟2、針對于轉換后的圖像，對其最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的亮度和色度進行采樣； 步驟3、采用二維離散余弦變換方法對采樣后的圖像進行變換，即將圖像的像素點由空 間域轉換至頻率域，獲得頻率域內(nèi)，圖像每個最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的亮度和色度； 步驟4、根據(jù)亮度和色度量化表，對頻率域內(nèi)，圖像每個最小數(shù)據(jù)單元內(nèi)像素點的亮度 和色度進行量化； 即將每個像素點的亮度或色度除以其對應量化步長，并將計算結果進行四舍五入獲得 量化后的亮度值或色度值； 步驟5、確定量化后每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度直流分量和色度直流分量，并對其進行加 密，具體步驟如下： 步驟5-1、按照最小數(shù)據(jù)單元的先后順序，將每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度直流分量構成一 個序列； 步驟5-2、根據(jù)logistic混沌映射對亮度直流分量構成的序列進行置亂，具體如下： 步驟5-2-1、用戶根據(jù)實際需求設置logistic混沌映射的置亂密鑰和控制參數(shù)； xn+i = rxn (l_xn) (1) 其中，xn+1表示n+1次迭代中的logistic映射狀態(tài)變量；r表示logistic映射的控制 參數(shù)，re (3. 56995,4] ;xn表示η次迭代中的logistic映射狀態(tài)變量；xne [〇，1]，\的 初始值作為亮度直流分量的系數(shù)置亂密鑰，由用戶根據(jù)實際需求設定； 步驟5-2-2、預迭代logistic映射隊次，隊彡200,使映射充分進入混沌狀態(tài)； 步驟5-2-3、在步驟5-2-2的基礎上繼續(xù)迭代logistic映射，獲得偽隨機位置坐標； positionobJ = mod [floor (xnX 1014), (lengthX wi dth/N2-posit ioncurr+l) ] +positionc (2) urr \ 其中，position。^為當前操作的亮度直流分量在序列中的位置；position^為交換 目標亮度直流分量在序列中的位置，即偽隨機位置坐標；fl〇〇r(xnX1014)函數(shù)返回距離 xnX1014最近的整數(shù)值；length表示圖像的長；width表示圖像的寬；xn表示當前狀態(tài)變量； N表示最小數(shù)據(jù)單元的長或寬；mod(X，y)函數(shù)表示返回X除以y的余數(shù)； 步驟5-2-4、將當前操作的亮度直流分量與目標位置的亮度直流分量進行交換； 步驟5-2-5、返回步驟5-2-3,直到序列中所有亮度直流分量的位置均交換完成，即完 成亮度直流分量的置亂處理； 步驟5-2-6、返回執(zhí)行步驟5-2-1至步驟5-2-5,完成色度直流分量的置亂處理； 步驟5-3、根據(jù)Chebyshev映射對置亂后的亮度直流分量構成的序列和置亂后的色度 直流分量構成的序列進行擴散，具體如下： 步驟5-3-1、用戶根據(jù)實際需求設置Chebyshev映射的擴散密鑰和控制參數(shù)； X' n+1 = cos(k · acos(x/n)) (3) 其中，k表示Chebyshev映射的控制參數(shù)，k > 2 ;acos(.)表示反余弦函數(shù)，X' n+1代 表第n+1次迭代Chebyshev映射的狀態(tài)變量值，X' n代表第η次迭代Chebyshev映射的狀 態(tài)變量值，f ne[-l，l]，x' "的初始值X' J乍為亮度直流分量的系數(shù)擴散密鑰，由用戶 根據(jù)實際需求設定； 步驟5-3-2、預迭代Chebyshev映射N。次，N。> 200,使映射充分進入混沌狀態(tài)； 步驟5-3-3、在步驟5-3-2的基礎上繼續(xù)迭代Chebyshev映射，對當前狀態(tài)變量V "進 行量化，獲得密鑰流元素； kn = mod [floor (X' nX 1014)，L] (4) 其中，kn表示密鑰流元素，L表示圖像邊長； 步驟5-3-4、根據(jù)密鑰流元素對序列中當前亮度直流分量進行加密，即進行異或操作； DC，n = kn ? DCn ? DC，- (5) 其中，DCn表示當前操作的亮度直流分量；DC' "表示加密后的亮度直流分量；DC' n_i 為前一次迭代中已加密的亮度直流分量，其初始值DC' ^為整型常量，由用戶根據(jù)實際需求 設定，其取值范圍為[〇, L]，?表示按位異或操作； 步驟5-3-5、返回執(zhí)行步驟5-3-3,直至序列中所有亮度直流分量均完成加密，即完成 亮度直流分量的擴散操作； 步驟5-3-6、返回執(zhí)行步驟5-3-1至步驟5-3-5完成色度直流分量的擴散操作； 步驟6、確定量化后每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度交流分量和色度交流分量，并對其進行加 密，具體步驟如下： 步驟6-1、按照Z字排列順序，將所有最小數(shù)據(jù)單元中的亮度交流分量提取出，提取的 亮度交流分量個數(shù)范圍為[4, 20]; 步驟6-2、將所有最小數(shù)據(jù)單元提取出的第一個亮度交流分量，按照最小數(shù)據(jù)單元的排 列順序，構成一個序列，并按照Z字排列順序繼續(xù)構建其他亮度交流分量的序列，直至提取 出的最后一個亮度交流分量，按照最小數(shù)據(jù)單元的排列順序，完成構成一個序列，即獲得所 有亮度交流分量所構成的多組序列，序列的組數(shù)為提取的亮度交流分量個數(shù)； 步驟6-3、根據(jù)步驟5-2,采用logistic混沛映射對第一組亮度交流分量構成的序列進 行置亂； 步驟6-4、根據(jù)步驟5-3,采用Chebyshev映射對置亂后的第一組亮度交流分量構成的 序列進行擴散； 步驟6-5、反復執(zhí)行步驟6-3至步驟6-4,直至完成所有組亮度交流分量構成的序列的 置亂和擴散處理，即完成對亮度交流分量的加密； 步驟6-6、返回執(zhí)行步驟6-1至步驟6-5,完成對色度交流分量的加密； 步驟7、對加密后的亮度直流分量、色度直流分量、亮度交流分量和色度交流分量進行 壓縮處理，具體如下： 步驟7-1、對加密后的亮度直流分量序列進行差分脈沖編碼； 步驟7-2、對差分脈沖編碼后的亮度直流分量序列進行熵編碼； 即根據(jù)差分脈沖編碼后的亮度直流分量的大小，查詢DC系數(shù)熵編碼表，對應獲得該亮 度直流分量所屬范圍，查詢其所占的比特位數(shù)，并確定該亮度直流分量的二進制碼，由獲得 的比特位數(shù)和二進制碼構成該亮度直流分量的熵編碼；并反復執(zhí)行上述內(nèi)容，直至序列中 所有亮度直流分量均完成熵編碼，獲得亮度直流分量的熵編碼碼流； 步驟7-3、返回執(zhí)行步驟7-1至步驟7-2,獲得色度直流分量的熵編碼碼流； 步驟7-4、對加密后的所有組亮度交流分量序列進行行程長度編碼； 即按照Z字排列順序，提取出的所有最小數(shù)據(jù)單元中加密后的亮度交流分量，確定每 一個非零亮度交流分量前0的個數(shù)，并根據(jù)該非零亮度交流分量值的大小，查詢行程長度 編碼表，確定非零亮度交流分量的比特位數(shù)及其在所屬范圍內(nèi)所處位置；確定非零亮度交 流分量前0的個數(shù)與其比特位數(shù)的數(shù)值組合，確定其所處位置的二進制碼，并由上述兩者 構成交流分量的行程長度編碼； 步驟7-5、對獲得的所有組行程長度編碼進行熵編碼； 即根據(jù)非零亮度交流分量前〇的個數(shù)與其比特位數(shù)的數(shù)值組合，查詢AC系數(shù)熵編碼 表，確定其對應碼字，并由該碼字和非零交流分量所處位置的二進制碼構成熵編碼，進而獲 得每組亮度交流分量序列的熵編碼流； 步驟7-6、返回執(zhí)行步驟7-4至步驟7-5,獲得每組色度交流分量序列的熵編碼流； 步驟7-7、完成對加密后的亮度直流分量、色度直流分量、亮度交流分量和色度交流分 量的壓縮處理； 步驟8、根據(jù)獲得的直流分量序列熵編碼碼流和所有組交流分量序列熵編碼碼流，將壓 縮加密后的圖像保存為JPEG格式，即完成圖像的壓縮加密處理。
2. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，其特征在于，步驟2所述的 采樣方式包括：以1 : 1 : 1采樣頻率的方式，對圖像的每個最小數(shù)據(jù)單元的亮度和色度進 行采樣；或以4 : 2 : 2或4 : 1 : 1采樣頻率的方式，對圖像的指定最小數(shù)據(jù)單元的亮度 和色度進行采樣。
3. 根據(jù)權利要求1所述的數(shù)字圖像壓縮加密聯(lián)合編碼方法，其特征在于，步驟7-4所述 的數(shù)值組合為：R/S，其中，R表示非零亮度交流分量前0的個數(shù)；S表示非零亮度交流分量 的比特位數(shù)。
【文檔編號】H04N19/48GK104144343SQ201410329402
【公開日】2014年11月12日 申請日期:2014年7月11日 優(yōu)先權日:2014年7月11日
【發(fā)明者】王寧寧, 付沖, 侯淇彬 申請人:東北大學