[發明專利]一種基于JPEG圖像的加密與特征提取方法

在審

• 申請號: 202010111838.3
• 申請日: 2020-02-24
• 公開（公告）號: CN111325807A
• 公開（公告）日: 2020-06-23
• 發明（設計）人: 夏志華;唐健;付章杰;孫星明
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G06T9/00
• 分類號: G06T9/00;G06T1/00;G06K9/46
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運紅

本發明公開了一種基于JPEG圖像的加密和特征提取方法，包括加密方法和特征提取，加密步驟包括：解析JPEG圖像；并對圖像的VLI碼進行異或加密；對量化表進行加密；特征提取步驟包括：解析JPEG圖像；將量化DCT系數轉化成VLI碼的組號索引；對索引值進行截斷；計算各通道每一個a×b塊的狀態轉移概率矩陣；計算各通道內的平均狀態轉移概率矩陣并連接起來作為密文圖像特征。本發明提取的密文圖像特征可以用來進行檢索和分類，簡單易行，且具有很高的安全性、效率和準確率。

技術領域

本發明屬于模式識別技術領域，特別涉及了一種基于JPEG圖像的加密與特征提取方法。

背景技術

隨著基于內容的圖像檢索技術(CBIR)、云計算等相關技術的發展，將圖像檢索這一任務外包給云服務器受到了人們的廣泛關注。通過這種方式，可以將圖像擁有者從復雜的計算和管理中解脫出來，通過互聯網來檢索所需的圖像。然而，云服務器有可能被黑客攻擊，圖像中包含的隱私有可能被泄漏，因此圖像外包給人們帶來便利的同時也導致了安全隱患的產生。

為了在保護圖像內容的同時支持相似圖像的搜索，研究者提出了多種圖像搜索加密方法，分為兩類：一類是基于特征加密的隱私保護方案，圖像所有者首先從圖像中提取視覺特征，然后使用標準的加密工具對圖像進行保護，并采用專門設計的方法對特征進行加密，以支持距離比較。Lu等人提出了三種基于特征加密的隱私保護方法，即位平面隨機化、隨機投影和隨機一元編碼。利用位平面隨機化和隨機一元編碼加密的特征向量，可以直接計算漢明距離。利用隨機投影的特征向量可以直接計算L1距離。這三種方法都能很好地保護特征，但與明文域相比會影響檢索的準確性。

另一類是基于圖像加密的隱私保護方案。在這類方案中，圖像所有者只負責對圖像進行加密。其他任務，如特征提取、索引構建和搜索操作，可以外包給云服務器，這進一步減輕了用戶的負擔。Bellafqira等人提出了一種基于圖像加密的隱私保護方案，通過同態加密協議對圖像進行加密，這種加密圖像可以直接提取SIFT和離散小波變換特征。然而，由于提取的直方圖也是加密的，因此圖像所有者需要解密直方圖并將其發送回云服務器進行相似性計算。Xia等人提出了一種使用單詞袋模型的外包CBIR方案。通過顏色值替換、塊置換和塊內像素置換對圖像進行加密，從加密的圖像塊中計算出局部直方圖，將局部直方圖聚在一起，生成可視的單詞；計算視覺詞的出現直方圖來表示圖像，在檢索精度方面取得了較大的提高。然而，在空間域進行加密會破壞圖像像素之間的相關性。因此，加密的圖像不能很好地壓縮。

發明內容

發明目的：為了解決上述問題，本發明提供一種基于JPEG圖像的加密與特征提取方法。該方法可以保證原始圖像與加密圖像的大小不變，具有較高的安全性；提取的密文圖像特征可以用于密文圖像檢索，且具有較高的檢索精度。

技術方案：為實現本發明的目的，本發明所采用的技術方案是：

一種基于JPEG圖像的加密與特征提取方法，包括以下步驟：

S1，對原始JPEG圖像進行解碼，得到圖像的VLI編碼和量化表；

S2，對圖像的VLI編碼和量化表進行流加密，將加密后的圖像上傳到云服務器；

S3，云服務器接收到加密圖像后，解碼加密的JPEG圖像，得到圖像的VLI編碼；

S4，云服務器還原Y、U、V三個通道的量化DCT系數矩陣，分別記為D_Y,D_U,D_V；

S5，將矩陣D_Y,D_U,D_V中的每一個元素根據VLI碼表轉換為其相應的組號索引值，轉換后得到的矩陣記為R_Y,R_U,R_V；