[發明專利]一種1比特圖像壓縮加密方法

有效

• 申請號: 201710597491.6
• 申請日: 2017-07-19
• 公開（公告）號: CN107483963B
• 公開（公告）日: 2020-02-07
• 發明（設計）人: 孫彪
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: H04N19/63
• 分類號: H04N19/63;H04N19/46
• 代理公司: 12201 天津市北洋有限責任專利代理事務所
• 代理人: 杜文茹

一種1比特圖像壓縮加密方法，先將原始圖像進行二維離散小波變換，得到稀疏系數矩陣；之后使用隨機置換矩陣對稀疏系數進行置換；再利用高斯隨機矩陣對置換后的稀疏系數矩陣進行投影測量，得到測量值；最后對測量值進行1比特量化得到密文。本發明的一種1比特圖像壓縮加密方法，能夠提高圖像壓縮比、提高加密系統的安全性和提高圖像壓縮比和圖像重建精度的1比特圖像壓縮加密方法。

技術領域

本發明涉及一種圖像壓縮方法。特別是涉及一種1比特圖像壓縮加密方法

背景技術

隨著信息技術和互聯網技術的快速發展，人們對網絡系統和網絡資源的依賴性越來越大。在互聯網上快速增長的電子數據處理和電子商務應用，以及不斷出現的國際恐怖主義事件，增加了對更好地保護計算機及其存儲、加工和傳輸的信息的需求。

圖像作為一種新的信息載體，具有直觀形象、生動具體等特點，在互聯網領域得到了廣泛應用。在儲存傳輸重要圖像時，為確保圖像安全，需要設計安全高效的圖像加密技術對其進行保護。

傳統圖像加密手段一般通過特定操作將原始圖像信息變為類似于隨機噪聲的信息，此類信息對密鑰未知的網絡竊聽者是不可識別的，而對授權方可用預先約定的密鑰和解密方法，對密文進行解密而得到解密圖像，進而有效地保護了傳輸的圖像信息。

然而，圖像的一些內在特性如數據量大，數據冗余度高，數據相關性強等，使得傳統數據加密算法效率很低、計算復雜度較高，加密速度慢，硬件實現復雜，無法滿足當今高效社會的需求。

Candes和Donoho等人提出了壓縮感知理論，利用信號的稀疏性，可以在遠低于奈奎斯特頻率的條件下進行信號采樣，并完美重建原始信號。壓縮感知理論為圖像加密提供了嶄新的思路。國際上有學者提出“圖像壓縮加密”的概念，即圖像壓縮和圖像加密同時在一步中完成。圖像壓縮加密方法具有計算復雜度低、硬件實現簡單的特點，特別適用于互聯網、移動設備、可穿戴設備等硬件資源有限的系統。例如專利申請CN105915911A提出了一種基于并行壓縮感知和阿諾德置亂的圖像壓縮加密算法，CN105719224A提出了一種基于對偶數復小波變換的壓縮感知的生物特征圖像加密方法，CN105306779A提出了一種基于壓縮感知和索引置亂的圖像加密方法等。綜上可見，基于壓縮感知的圖像加密方法具有較好的加密效果，是圖像加密技術的一個重要研究方向。

然而，已有的圖像壓縮加密方法主要有以下兩方面缺點：

(1)壓縮數據量化深度高，已有的圖像壓縮加密方法一般采用8比特以上的量化深度對壓縮值進行量化，壓縮后的數據量依然較大，數據傳輸及存儲效率較低，不適用于移動設備或可穿戴設備等低功耗、分布式的應用場景。

(2)已有的圖像壓縮加密方法會泄漏原始圖像的能量信息，不具備完善保密性，容易受到外部攻擊而被破解。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是，提供一種能夠提高圖像壓縮比、提高加密系統的安全性和提高圖像壓縮比和圖像重建精度的1比特圖像壓縮加密方法。

本發明所采用的技術方案是：一種1比特圖像壓縮加密方法，先將原始圖像進行二維離散小波變換，得到稀疏系數矩陣；之后使用隨機置換矩陣對稀疏系數進行置換；再利用高斯隨機矩陣對置換后的稀疏系數矩陣進行投影測量，得到測量值；最后對測量值進行1比特量化得到密文；具體包括如下步驟：

1)對原始二維圖像進行二維離散小波變換：

A＝Ψ^TXΨ,

其中X是n×n的圖像像素矩陣，Ψ為小波稀疏基，A為經過二維離散小波變換后的系數矩陣，所述的系數矩陣是系數矩陣；

2)對系數矩陣進行向量化，得到系數向量a：

a＝mat2vec(A),