[發明專利]基于二維離散小波變換和時空混沌的彩色圖像無損加密方法

有效

• 申請號: 201510094765.0
• 申請日: 2015-03-03
• 公開（公告）號: CN104680476B
• 公開（公告）日: 2017-11-17
• 發明（設計）人: 武相軍;凌廣明;張勇;郭念;王慧;路楊;張濟仕;張雪
• 申請（專利權）人: 河南大學
• 主分類號: G06T1/00
• 分類號: G06T1/00
• 代理公司: 鄭州大通專利商標代理有限公司41111
• 代理人: 陳勇

1.一種基于二維離散小波變換和時空混沌的彩色圖像無損加密方法，其特征在于：包含如下步驟：

步驟1.輸入大小為W×H的彩色明文圖像I₀，分離圖像I₀的R、G、B三基色分量，得到大小為W×H的分量矩陣IR₀、IG₀和IB₀；

步驟2.利用外部密鑰Key，并根據明文圖像I₀，產生單向耦合映像格子的系統參數和初始值，對時空混沌系統進行迭代運算得到密鑰流K₁和K₂；

步驟3.對分量矩陣IR₀、IG₀和IB₀分別進行二維離散小波變換，得到大小為m×n的子帶組：{LL11,LH11,HL11,HH11}、{LL21,LH21,HL21,HH21}和{LL31,LH31,HL31,HH31}，每子帶組包含低頻子帶LL、低高頻子帶LH、高低頻子帶HL、高頻子帶HH，其中，m、n均為自然數；

步驟4.利用步驟2中得到的密鑰流K₁，對步驟3中的子帶元素LL11、LH11、HH11、LL21、LH21、HH21、LL31、LH31、HH31分別進行置亂處理，得到置亂后的子帶元素LL11′、LH11′、HH11′、LL21′、LH21′、HH21′、LL31′、LH31′、HH31′；

步驟5.將子帶元素LL11′、LH11′、HL11、LL21′、LH21′、HL21、LL31′、LH31′、HL31的大小分別縮小mn倍，得到子帶元素

步驟6.對子帶組和分別進行二維離散小波逆變換，得到小波加密圖像I₁及IR₁、IG₁、IB₁，其中，IR₁、IG₁和IB₁分別為I₁的R、G、B基色分量矩陣；

步驟7.利用步驟2得到的密鑰流K₂，對步驟6中得到的小波加密圖像I₁的像素進行擴散處理，得到密文圖像C。

2.根據權利要求1所述的基于二維離散小波變換和時空混沌的彩色圖像無損加密方法，其特征在于：所述步驟2中對時空混沌系統進行迭代運算得到密鑰流K₁和K₂，具體包含如下步驟：

步驟2.1.設定外部密鑰Key長度為320位，并均分40塊，即Key＝B₁B₂B₃…B₄₀，根據單向耦合映像格子其中，系統參數a和ε為正的實數，且a∈(0,1)，ε∈(0,2)，及明文圖像I₀的分量矩陣IR₀、IG₀和IB₀，計算得到系統參數a和ε以及初始值x_k(0)(k＝1,2,…,6)；

步驟2.2.利用步驟2.1得到的系統參數a和ε以及初始值x_k(0)(k＝1,2,…,6)，迭代單向耦合映像格子t+WH次，其中，t≥2000，并拋棄前個值，得到6組長度為的實值混沌序列X_k；

步驟2.3.對步驟2.2中得到的實值混沌序列X_k按照公式：X_k′(i)＝10^θ×X_k(i)-round(10^θ×X_k(i))，做優化改進，其中，(i＝1,2,…,l)，函數round(x)為返回離x最近的整數，θ為正整數且θ∈[4,14]；

步驟2.4.對序列X_k′按照如下公式：

得到序列λ₁，λ₂，λ₃和μ₁，μ₂和μ₃；

步驟2.5.對序列λ₁，λ₂和λ₃按升序排序，并用原序列中各元素所在的位置序號取代重排序列中的對應元素，得到由位置序號組成的序列λP₁，λP₂和λP₃，并記作K₁(:,1)＝λP₁(:)，K₁(:,2)＝λP₂(:)和K₁(:,3)＝λP₃(:)，得到密鑰流K₁；

步驟2.6.對序列μ₁，μ₂和μ₃按降序排序，并用原序列中各元素所在的位置序號取代重排序列中的對應元素，得到由位置序號組成的序列μP₁，μP₂和μP₃，將這三個序列分別轉換成大小為W×H的三個矩陣，將矩陣中的每個元素分別對256取余，得到元素值在區間[0,255]的矩陣μM₁，μM₂和μM₃，并記作K₂(:,:,1)＝λM₁(:,:)，K₂(:,:,2)＝λM₂(:,:)和K₂(:,:,3)＝λM₃(:,:)，得到密鑰流K₂。