[發明專利]聯合信源信道與安全的JPEG2000算術碼的雙向編譯碼方法

在審

• 申請號: 201710563716.6
• 申請日: 2017-07-12
• 公開（公告）號: CN109257136A
• 公開（公告）日: 2019-01-22
• 發明（設計）人: 凃國防;張燦;鄢懿
• 申請（專利權）人: 中國科學院大學
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

為了提高JPEG2000的抗差錯性和安全性，本發明提出一種聯合信源信道與安全的JPEG2000算術碼的雙向編譯碼方法。該方法在算術碼編碼模型中保留多個冗余符號，實現檢錯；用混沌系統控制冗余符號的比例，增強算術碼編碼的安全性，然后在位平面編碼中生成安全雙向碼流，將信道編碼檢錯、糾錯與安全混沌加密相結合；在譯碼端針對算術碼錯誤擴散的問題，采用雙向譯碼的方法，提升算術碼的糾錯能力，同時通過計算相應的閾值，采用閾值控制的軟、硬判決相結合方法進行算術碼譯碼降低譯碼復雜度。

技術領域

本發明涉及通信領域的一種聯合編譯碼方法，具體涉及一種聯合信源信道與安全的JPEG2000算術碼的雙向編譯碼方法

背景技術

在傳統的通信系統中，信源編碼、信道編碼與信息安全是按照香農的分離理論，通過將數據壓縮、差錯控制與加密分別最優化，使編譯碼總體性能達到最佳。分離算法設計簡單、通用性好，但沒有充分利用各自的先驗信息、冗余信息和信道的狀態信息，難以逼近信道容量和安全的最優性能。因此，把信源編碼、信道編碼和加密技術聯合起來是很有必要的。

JPEG2000作為新一代靜態圖像壓縮標準，廣泛應用于雷達遙感、多媒體、數據庫、無線通信等領域，具有高壓縮性、漸進式傳輸、感興趣區域編碼以及碼流的隨機訪問等優點。但由于使用了算術碼，JPEG2000對誤碼非常敏感，在有噪信道中出現的單個誤碼會使得整個碼塊被丟棄。針對誤碼擴散這個問題，Grangetto提出在算術碼編碼過程中添加單個冗余符號，使算術碼具有檢錯能力，譯碼時通過輸入序列的軟信息，實現最大后驗概率譯碼。然而這種方法僅增加了單個冗余符號，并且譯碼時采用軟判決譯碼，譯碼復雜度較高。Gao提出對數據塊中的編碼數據進行錯誤檢測和掩蓋的方法解決誤碼擴散的問題，但該方法僅針對視頻數據進行處理，并不適用于JPEG2000的碼流結構。

由于數據的可訪問性，傳輸數據容易遭到竊聽，保障信息的安全性顯得尤為重要。由于混沌理論具有良好的特性，近年來混沌加密受到了研究者的廣泛重視。不少研究成果將JPEG2000和混沌結合在一起，通過混沌映射控制算術碼編碼模型，實現了聯合信源與安全編譯碼算法。

綜合已有的聯合編譯碼方法，聯合信源信道的編譯碼方法存在單冗余符號檢錯能力不足，無法糾錯以及譯碼復雜度太大的問題；而聯合信源與安全的編譯碼方法沒有考慮信道噪聲，不能進行實際應用。因此，針對JPEG2000標準，已有的聯合編譯碼方法不能達到最優性能，無法保障傳輸圖像的抗差錯性和安全性。

發明內容

為了提高JPEG2000的抗差錯性和安全性，本發明將信源編碼、信道編碼和加密技術聯合起來，提出一種聯合信源信道與安全的JPEG2000算術碼的雙向編譯碼方法。該方法在算術碼編碼模型中保留多個冗余符號，實現檢錯；用混沌系統控制冗余符號的比例，增強算術碼編碼的安全性，然后在位平面編碼中生成安全雙向碼流，將信道編碼檢錯、糾錯與安全混沌加密相結合；在譯碼端針對算術碼錯誤擴散的問題，采用雙向譯碼的方法，提升算術碼的糾錯能力，同時通過計算相應的閾值，采用閾值控制的軟、硬判決相結合方法進行算術碼譯碼降低譯碼復雜度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：在編碼器端，原始圖像預處理后進行離散小波變換，對產生的小波系數量化，以碼塊為單位，按照二進制位分層的方法，從最高有效位平面到最低有效位平面進行三個通道掃描建模。在每個位平面中，同時對每個條帶進行三通道掃描，實現多條帶的并行編碼。每個條帶單獨進行熵編碼，在MQ編碼器中保留多個冗余符號，密鑰通過Cat混沌映射生成混沌序列，控制MQ編碼器中冗余符號的比例。位平面中每個條帶編碼后得到的數據經Logistic混沌映射控制進行平移、反轉和異或，生成安全雙向碼流。譯碼器端是編碼的逆過程，MQ譯碼器根據當前的信道條件和傳輸要求，通過計算相應的閾值，采用閾值控制的軟、硬判決相結合方法進行算術碼譯碼。位平面譯碼時，先進行正向譯碼，當正向譯碼出現錯誤時，對碼流進行反向譯碼，糾正譯碼錯誤。