[发明专利]联合信源信道与安全的JPEG2000算术码的双向编译码方法

说明书

为了提高JPEG2000的抗差错性和安全性，本发明提出一种联合信源信道与安全的JPEG2000算术码的双向编译码方法。该方法在算术码编码模型中保留多个冗余符号，实现检错；用混沌系统控制冗余符号的比例，增强算术码编码的安全性，然后在位平面编码中生成安全双向码流，将信道编码检错、纠错与安全混沌加密相结合；在译码端针对算术码错误扩散的问题，采用双向译码的方法，提升算术码的纠错能力，同时通过计算相应的阈值，采用阈值控制的软、硬判决相结合方法进行算术码译码降低译码复杂度。

技术领域

本发明涉及通信领域的一种联合编译码方法，具体涉及一种联合信源信道与安全的JPEG2000算术码的双向编译码方法

背景技术

在传统的通信系统中，信源编码、信道编码与信息安全是按照香农的分离理论，通过将数据压缩、差错控制与加密分别最优化，使编译码总体性能达到最佳。分离算法设计简单、通用性好，但没有充分利用各自的先验信息、冗余信息和信道的状态信息，难以逼近信道容量和安全的最优性能。因此，把信源编码、信道编码和加密技术联合起来是很有必要的。

JPEG2000作为新一代静态图像压缩标准，广泛应用于雷达遥感、多媒体、数据库、无线通信等领域，具有高压缩性、渐进式传输、感兴趣区域编码以及码流的随机访问等优点。但由于使用了算术码，JPEG2000对误码非常敏感，在有噪信道中出现的单个误码会使得整个码块被丢弃。针对误码扩散这个问题，Grangetto提出在算术码编码过程中添加单个冗余符号，使算术码具有检错能力，译码时通过输入序列的软信息，实现最大后验概率译码。然而这种方法仅增加了单个冗余符号，并且译码时采用软判决译码，译码复杂度较高。Gao提出对数据块中的编码数据进行错误检测和掩盖的方法解决误码扩散的问题，但该方法仅针对视频数据进行处理，并不适用于JPEG2000的码流结构。

由于数据的可访问性，传输数据容易遭到窃听，保障信息的安全性显得尤为重要。由于混沌理论具有良好的特性，近年来混沌加密受到了研究者的广泛重视。不少研究成果将JPEG2000和混沌结合在一起，通过混沌映射控制算术码编码模型，实现了联合信源与安全编译码算法。

综合已有的联合编译码方法，联合信源信道的编译码方法存在单冗余符号检错能力不足，无法纠错以及译码复杂度太大的问题；而联合信源与安全的编译码方法没有考虑信道噪声，不能进行实际应用。因此，针对JPEG2000标准，已有的联合编译码方法不能达到最优性能，无法保障传输图像的抗差错性和安全性。

发明内容

为了提高JPEG2000的抗差错性和安全性，本发明将信源编码、信道编码和加密技术联合起来，提出一种联合信源信道与安全的JPEG2000算术码的双向编译码方法。该方法在算术码编码模型中保留多个冗余符号，实现检错；用混沌系统控制冗余符号的比例，增强算术码编码的安全性，然后在位平面编码中生成安全双向码流，将信道编码检错、纠错与安全混沌加密相结合；在译码端针对算术码错误扩散的问题，采用双向译码的方法，提升算术码的纠错能力，同时通过计算相应的阈值，采用阈值控制的软、硬判决相结合方法进行算术码译码降低译码复杂度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：在编码器端，原始图像预处理后进行离散小波变换，对产生的小波系数量化，以码块为单位，按照二进制位分层的方法，从最高有效位平面到最低有效位平面进行三个通道扫描建模。在每个位平面中，同时对每个条带进行三通道扫描，实现多条带的并行编码。每个条带单独进行熵编码，在MQ编码器中保留多个冗余符号，密钥通过Cat混沌映射生成混沌序列，控制MQ编码器中冗余符号的比例。位平面中每个条带编码后得到的数据经Logistic混沌映射控制进行平移、反转和异或，生成安全双向码流。译码器端是编码的逆过程，MQ译码器根据当前的信道条件和传输要求，通过计算相应的阈值，采用阈值控制的软、硬判决相结合方法进行算术码译码。位平面译码时，先进行正向译码，当正向译码出现错误时，对码流进行反向译码，纠正译码错误。