基于改进JPEG-LS的图像压缩加密算法研究

发布时间：2017-09-11 23:36

  本文关键词：基于改进JPEG-LS的图像压缩加密算法研究

  更多相关文章： 压缩比控制 混沌系统 压缩加密 抗攻击 重建图像质量

【摘要】：近年来,随着数字图像和网络技术的快速发展,人们对图像的要求也越来越高,不仅要求图像具有较高的重建质量还要求图像在传输过程中的数据信息不被泄露,这就需要对图像进行压缩和加密。连续色调静态图像的无损或近无损压缩标准(Joint Photographic Experts Group-lossless Standard,JPEG-LS)在无损/近无损压缩方面性能优良,混沌系统生成的密钥序列安全性较好,两者结合起来既能提高图像数据的传输效率,又能保证传输的数据不被泄露。 为解决传统图像压缩比控制不够精细和低维混沌系统安全性不高等问题,本文提出一种基于压缩比控制的压缩加密算法。在深入分析了JPEG-LS算法中失真控制参数Near对图像压缩比和重建图像质量影响的基础之上,首先对光栅扫描的图像数据进行因果模型的梯度处理,然后比较梯度值与Near的是大小关系以决定进入游程模式还是进入常规模式,同时对三维Lorenz混沌系统生成的序列进行随机性处理,采用处理后的序列作为密钥分别对游程模式、常规模式和全模式(游程和常规)加密,最后比较分块实时压缩比与目标压缩比并确定Near下标值,以此下标值查询Near表,确定下一分块中Near的初值。此过程通过对Near的实时动态调整和对码流的加密,实现了对图像压缩比的精细控制和图像数据信息的保密。本文算法不但实现了对图像压缩比的控制,而且重建图像质量比原来采用简单的线性映射方式对压缩比进行控制的方案提高了大约0.5dB；同时本文算法保密性高,能够有效抵抗熵攻击、穷举攻击、差分攻击、统计攻击等多种攻击,而且加密对压缩效率几乎没有影响。
【关键词】：压缩比控制 混沌系统 压缩加密 抗攻击 重建图像质量
【学位授予单位】：海南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TP309.7
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-8
• 1 绪论8-15
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 图像压缩研究现状9-11
• 1.2.1 基于变换的图像压缩10
• 1.2.2 基于预测的图像压缩10
• 1.2.3 基于矢量量化的图像压缩10-11
• 1.3 压缩图像的加密研究现状11-12
• 1.4 JPEG-LS研究现状12
• 1.5 静态图像压缩标准介绍12-13
• 1.5.1 JPEG压缩标准12
• 1.5.2 JPEG-LS压缩标准12-13
• 1.5.3 JPEG2000压缩标准13
• 1.6 本文章节安排及研究内容13-15
• 2 基于JPEG-LS图像压缩算法研究15-27
• 2.1 图像压缩理论介绍15-17
• 2.1.1 无失真编码理论16
• 2.1.2 限失真编码理论16-17
• 2.2 JPEG-LS算法介绍17-26
• 2.2.1 JPEG-LS算法主要编码基本原理17-19
• 2.2.2 JPEG-LS编码过程19-26
• 2.3 本章小结26-27
• 3 基于改进JPEG-LS图像压缩算法研究27-30
• 3.1 对失真控制参数Near的分析27-28
• 3.1.1 Near对编码选择的影响27
• 3.1.2 Near对差值量化的影响27
• 3.1.3 Near对图像压缩性能的影响27-28
• 3.2 对压缩比进行控制28-29
• 3.3 本章小结29-30
• 4 混沌密钥研究30-37
• 4.1 混沌的定义30-31
• 4.1.1 Li-yote的混沌定义30
• 4.1.2 Devancy的混沌定义30-31
• 4.2 混沌系统的发展31-32
• 4.2.1 一维混沌系统31
• 4.2.2 二维混沌系统31
• 4.2.3 三维混沌系统31-32
• 4.3 混沌序列加密原理32-33
• 4.3.1 混沌序列加密的可能性32-33
• 4.3.2 混沌序列的加解密过程33
• 4.3.3 混沌系统对图像加密的优点33
• 4.4 对Lorenz系统生成序列的处理及码流加密33-34
• 4.5 加密安全性指标34-36
• 4.5.1 图像直方图34-35
• 4.5.2 明文敏感性35
• 4.5.3 密钥敏感性和密钥空间35
• 4.5.4 相邻像素相关性分析35-36
• 4.6 本章小结36-37
• 5 仿真和性能测试37-50
• 5.1 压缩比图像的压缩比与重建图像质量分析37-41
• 5.1.1 Near对输出图像质量和压缩比的影响37-39
• 5.1.2 实时分块压缩比对比39-40
• 5.1.3 对压缩比进行控制时的图像质量分析40-41
• 5.2 图像加密及安全性能分析41-47
• 5.2.1 序列的随机性及敏感性41-43
• 5.2.2 加密前后的直方图分析43-44
• 5.2.3 明文敏感性分析44-45
• 5.2.4 密钥空间及敏感性分析45-46
• 5.2.5 密文相邻像素相关性分析46-47
• 5.3 加密对图像质量的影响47-49
• 5.4 与其他压缩加密算法比较49
• 5.5 本章小结49-50
• 6 总结和展望50-51
• 6.1 全文总结50
• 6.2 下一步工作展望50-51
• 参考文献51-54
• 硕士期间发表的论文54-55
• 致谢55

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本文编号：833774