一種基于子帶加密的圖像壓縮方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及圖像處理，具體指一種基于子帶加密的圖像壓縮方法。
【背景技術】
[0002] 圖像壓縮是指以較少的比特有損或無損地表示原來的像素矩陣的技術，也稱圖像 編碼。以數(shù)學的觀點來看，這一過程實際上就是將二維像童陣列變換為一個在統(tǒng)計上無關 聯(lián)的數(shù)據集合。
[0003] 圖像壓縮的基本原理是：圖像數(shù)據中存在著冗余，圖像數(shù)據的冗余主要表現(xiàn)為： 圖像中相鄰像素間的相關性引起的空間冗余；圖像序列中不同幀之間存在相關性引起的時 間冗余；不同彩色平面或頻譜帶的相關性引起的頻譜冗余。數(shù)據壓縮的目的就是通過去除 這些數(shù)據冗余來減少表示數(shù)據所需的比特數(shù)。由于圖像數(shù)據量的龐大，在在値、傳輸、處理 時非常困難，因此圖像數(shù)據的壓縮就顯得非常重要。
[0004] 現(xiàn)有的圖像壓縮方法包括有損數(shù)據壓縮和無損數(shù)據壓縮。佰無論是有損數(shù)據壓縮 還是無損數(shù)據壓縮大都采用標準的圖像壓縮算法，圖像數(shù)據在壓縮、傳輸過程中沒有采取 任何安全措施，使得圖像數(shù)據在傳輸過程中完全透明可見，圖像信息容易被攻擊者截獲。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術存在的上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種方法簡單，且安全可靠 的基于子帶加密的圖像壓縮方法，該圖像壓縮方法有效的解決了壓縮圖像傳輸?shù)陌踩浴?br>[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術方案：一種基于子帶加密的圖像壓縮方法， 包括如下步驟： 51 :對原始圖像進行預處理； 52 :對預處理后的圖像進行5級小波變換，方法如下： S2a:令j=l; S2b:預處理后的圖像進行第j級小波變換，得到四個子帶，四個子帶中一個子帶為低 頻低頻主信息子帶記為LL，其他三個子帶為高頻次要信息子帶分別記為HL、LH、HH表示第 i個高頻次要信息子帶，i=l, 2, 3 ; 將第j級小波變換后得到的低頻主信息子帶記為Lh，第j次小波變換后得到三個高頻 次要信息子帶分別記為HLpLH#PHHJ; S2c:將第j級小波變換后得到的低頻主信息子帶Lh繼續(xù)進行小波變換，得到四個新 的子帶，四個新的子帶中一個為新的低頻主信息子帶記為LLj+1，其他三個為新的高頻次要 信息子帶分別記為HLj+1、LH」+1和HHJ+1; S2d:令j=j+l; S2e:如果j〈5,則執(zhí)行步驟S2c，否則執(zhí)行下一步； S2f:輸出第5級小波變換后得到的低頻主信息子帶LLjP每次小波變換得到的所有高 頻次要信息子帶HL」、LHj和HH」，i=l，2, 3,4, 5 ; 53 :對步驟S2f?輸出的低頻主信息子帶LLjP所有高頻次要信息子帶進行Tierl編碼， 方法如下： S3a:步驟S2f輸出的低頻主信息子帶和所有高頻次要信息子帶單獨進行位平面編碼 得到相應的判決D和上下文CTX序列； S3b:然后對步驟S3a得到的所有判決D和上下文CTX進行分別進行MQ編碼，得到編碼 流，即壓縮數(shù)據包； 低頻主信息子帶LL5經過步驟S3a和S3b得到壓縮數(shù)據包記為低頻主信息子帶數(shù)數(shù) 據包，所有高頻次要信息子帶經過步驟S3a和S3b得到壓縮數(shù)據包統(tǒng)稱為高頻次要信息子 帶壓縮數(shù)據包； 54 :對步驟S3b得到的低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包進行Tier2編碼，方法如下： 對低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包進行采用式（1)的加密運算進行加密：
其中，巧：為低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包中第k個數(shù)據，凡為低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包中 第k個數(shù)據經過加密處理后密文數(shù)據，Jjt為第k個密鑰流當前值，Pl和P2為小于256的 素數(shù)； 55 :將經過步驟S4加密后的低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包和步驟S3b輸出的所有高頻次要 信息子帶壓縮數(shù)據包進行碼流組織得到經過加密的壓縮圖像。
[0007] 作為優(yōu)選，所述步驟Sl中的預處理為中心化處理，原始圖像中的每個像素點的值 均在0-255之間，通過原始圖像中心化處理，將原始圖像中每個像素點的值修改為128-127 之間。
[0008] 作為優(yōu)選，所述步驟S4中公式（1)中參數(shù)$t，Pl和P2的確定方法如下： S4a:設置初始密鑰，初始密鑰長度為128bit，將初始密鑰輸入GefTe發(fā)生器得到一偽 隨機數(shù)序列； S4b:然后將步驟S4a得到偽隨機數(shù)序列經過Zfei函數(shù)運算得到新的偽隨機數(shù)序，在該 新的偽隨機數(shù)序中每取8位即得到一個密鑰流當前值各的值； S4c:根據得到的密鑰流當前值^的值通過如下計算得到素數(shù)Pl和P2 : 1) 將小于256的素數(shù)中去掉素數(shù)2,然后將剩下的素數(shù)由小到大依次排列形成素數(shù)表； 2) 根據根據公式（2)計算：
其中，的值表示步驟1)中素數(shù)表的位置在素數(shù)表中所指位置的素數(shù)即為Pl的值； 根據根據公式（3)計算：
其中，JFp2的值表示步驟1)中素數(shù)表的位置，在素數(shù)表中所指位置的素數(shù)即為P2 的值。
[0009] 相對于現(xiàn)有技術，本發(fā)明具有如下優(yōu)點： 本發(fā)明提供的圖像壓縮方法在圖像壓縮過程中，通過對低頻主信息子帶進行加密，在 不降低圖像壓縮效率的同時沒有額外增加壓縮數(shù)據碼流大小，并且有效提高圖像信息傳輸 的安全性，同時該加密算法還具有長度可靈活變化、運算速度快、密文傳輸中錯誤少，甚至 沒有錯誤等優(yōu)點。
【附圖說明】
[0010] 圖1-本發(fā)明圖像壓縮方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0011] 下面結合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0012] 參見圖1，一種基于子帶加密的圖像壓縮方法，包括如下步驟： 51 :對原始圖像進行預處理，該預處理最好為中心化處理，即將原始圖像中的每個像素 點的值均在0-255之間，通過原始圖像中心化處理，將原始圖像中每個像素點的值修改為 128-127之間。中心化處理后，圖像的像素值關于原點對稱，便于后面的壓縮處理； 52 :對預處理后的圖像進行5級小波變換，方法如下： S2a:令j=l; S2b:預處理后的圖像進行第j級小波變換，得到四個子帶，四個子帶中一個子帶為低 頻低頻主信息子帶記為LL，其他三個子帶為高頻次要信息子帶分別記為HL、LH、HH表示第 i個高頻次要信息子帶，i=l, 2, 3 ; 將第j級小波變換后得到的低頻主信息子帶記為Lh，第j次小波變換后得到三個高頻 次要信息子帶分別記為HLpLH#PHHJ; S2c:將第j級小波變換后得到的低頻主信息子帶Lh繼續(xù)進行小波變換，得到四個新 的子帶，四個新的子帶中一個為新的低頻主信息子帶記為LLj+1，其他三個為新的高頻次要 信息子帶分別記為HLj+1、LH」+1和HHJ+1; S2d:令j=j+l; S2e:如果j〈5,則執(zhí)行步驟S2c，否則執(zhí)行下一步； S2f:輸出第5級小波變換后得到的低頻主信息子帶LLjP每次小波變換得到的所有高 頻次要信息子帶HL」、LHj和HH」，i=l，2, 3,4, 5 ; 53 :對步驟S2f?輸出的低頻主信息子帶LLjP所有高頻次要信息子帶進行Tierl編碼， 方法如下： S3a:步驟S2f輸出的低頻主信息子帶和所有高頻次要信息子帶單獨進行位平面編碼 得到相應的判決D和上下文CTX序列； 即：對LL5低頻主信息子帶進行位平面編碼得到相應的判決D和上下文CTX序列； 對高頻次要信息子帶HL1進行位平面編碼得到相應的判決D和上下文CTX序列；對高 頻次要信息子帶LH1進行位平面編碼得到相應的判決D和上下文CTX序列；對高頻次要信 息子帶HH1進行位平面編碼得到相應的判決D和上下文CTX序列；依次對所有所有高頻次 要信息子帶分別進行位平面編碼得到相應的判決D和上下文CTX序列； S3b:然后對步驟S3a得到的所有判決D和上下文CTX進行MQ編碼，得到編碼流，即壓 縮數(shù)據包； 低頻主信息子帶LL5經過步驟S3a和S3b得到壓縮數(shù)據包記為低頻主信息子帶數(shù)數(shù) 據包，每個高頻次要信息子帶經過步驟S3a和S3b后的即會得到一個壓縮數(shù)據包，為了方 便后面敘述，將所有高頻次要信息子帶經過步驟S3a和S3b得到壓縮數(shù)據包統(tǒng)稱為高頻次 要信息子帶壓縮數(shù)據包； 在進行下面的步驟還可以增加一個碼率控制步驟， 即：先設定一個碼率(具體可以根據經驗設定)，將低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包進行碼率 控制，形成新低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包，將高頻次要信息子帶壓縮數(shù)據包進行碼率控制形 成新高頻次要信息子帶壓縮數(shù)據包。
[0013] 那么下面步驟S4加密時對應的則是新低頻主信息子帶數(shù)數(shù)據包，步驟S5進行碼 流組織時的數(shù)據包則是經過步驟S4加密后的主信息子帶數(shù)數(shù)據包和經過碼率控制后形成 的新高頻次要信息子帶壓縮數(shù)據包。
[0014] S4 :采用無密文反饋應用模式，設計加解密操作為以字節(jié)（ShY)為單