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基于SPIHT的图像联合压缩加密算法研究

作　者: 管丽娜
导　师: 邓家先
学　校: 海南大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 图像加密图像联合压缩加密 SPIHT 算术编码
分类号: TN919.81
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

随着网络技术和数字图像技术的不断发展,数字图像逐渐成为了人们获取信息的重要来源,为保证其在存储、传输和交换过程中的安全性,就需要对数据进行加密；而为了减少数据存储空间、降低传输带宽,就需要对图像数据进行高效的数据压缩。目前的传统做法是将图像压缩与图像加密分立完成,但这样做将会失去压缩与加密同步完成所具有的设计灵活、计算简化的一些优势。因此,研究如何实现图像联合压缩加密技术具有理论和现实意义。理论上,针对采用分立结构进行数据压缩与加密所带来的不足,可以利用算术编码器来实现数据的联合压缩加密。而采用常规算术加密存在两个严重缺陷,一是概率表示精度受限；二是假设概率与实际概率不相符。用其进行联合压缩加密会降低安全性及压缩效率,无法满足工程需求。在深入研究现有图像压缩、图像加密相关理论和算法的基础上,提出了一种基于SPIHT的图像联合压缩加密算法。该算法首先建立最小零树,对零树进行集合划分,进而通过系数与集合间的相互关系进行编码。再对SPIHT的编码输出利用算术编码器进行算术编码,在这过程中利用密钥对算术编码器的输入,即原始判决和上下文进行修改,从而实现图像的联合压缩加密。根据层级系数间的集合划分,对具有不同分辨率的系数进行选择性加密,能够灵活地控制图像信息的安全性,从而更好地满足不同用户的需求。对算法进行仿真,仿真结果表明该算法是可行的,且具有良好的压缩加密效果。重建图像的质量相对原始压缩算法的图像质量基本不变,满足人眼的视觉要求(以Goldhill和Lena图像为测试对象),且在码率受限时也能还原图像的基本信息；对算法参数进行修正后,重建图像PSNR值所受影响几乎都在0.5dB以下,说明所选择的参数修正对原算法影响较小；而当密钥出错时,重建图像的PSNR值最低为8.82dB,完全不能提取出图像信息,因此可以很好地实现加密。基于SPIHT的图像联合压缩加密算法结构较为简单,与其他具有同等程度压缩比及安全性的算法相比,具备集成性高、消耗资源少,控制灵活等优点,能较好的满足目前图像压缩率和安全性的时代要求。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景和意义  8-9
  1.2 图像联合压缩加密算法的研究现状分析  9-12
  1.3 论文的主要内容与章节安排  12-13
2 基于SPIHT的图像联合压缩加密的算法理论  13-28
  2.1 SPIHT算法  13-17
    2.1.1 分层树集合分割排序  14-15
    2.1.2 SPIHT算法描述  15-17
  2.2 算术编码  17-21
  2.3 MQ算术编码原理  21-23
  2.4 MQ算术编码的实现过程  23-28
3 基于SPIHT的图像联合压缩加密算法研究  28-45
  3.1 图像联合压缩加密算法的结构  28-29
  3.2 最小零树结构  29-35
  3.3 自适应算术编码  35-36
  3.4 自适应算术编码器压缩加密理论  36-45
4 数据仿真及结果分析  45-57
  4.1 加密对原始压缩算法的影响  45-46
  4.2 判决修正算法的仿真与结果分析  46-48
  4.3 上下文修正算法的仿真与结果分析  48-49
  4.4 判决和上下文共同修正算法的仿真与结果分析  49-51
  4.5 多层级不同密钥进行加密对算法的影响  51-53
  4.6 算法性能比较  53-54
  4.7 分块图像不同密钥加密对算法的影响  54-57
5 全文总结  57-58
参考文献  58-61
硕士期间发表的论文  61-62
致谢  62

基于SPIHT的图像联合压缩加密算法研究

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