[发明专利]基于算术编码的图像压缩加密方法

说明书

一种基于算术编码的图像压缩加密方法，包括如下步骤：a)将混沌置乱法及Arnold置乱法的使用顺序作为第一组密钥；b)根据生成的混沌序列去相应的改变待编码像素值的概率区间，并将产生混沌序列的初始值作为第二组密钥；c)对概率模型进行概率区间的交换；d)进行编码，并重新获得下一个待编码像素值的概率模型；e)对输出的密文进行解密。密文安全强度高并且数据量小，无法从密文中获取与原文图像中任何相关的信息。能够无误差的恢复出细节信息，加密和解密的效果好，安全性高。

技术领域

本发明涉及图像压缩加密技术领域，具体涉及一种基于算术编码的图像压缩加密方法。

背景技术

随着社会科学的进步，多媒体技术，信息存储技术的飞速发展，以及网络普及率的提升，越来越多的数字图像得以在网络上传输，并逐步称为人们获取信息的主要途径，因此，对图像的安全保密以及存储大小有了更高的要求。例如，图像数据所有者在Internet上传输他所拥有的图像时，为了保护自身利益，就需要对发送的图像通过可靠的加密技术进行处理，同时为了能够更快的传输图像并更好的利用网络流量，这时就需要传输的加密后的密文所占用的空间能够越小越好。

传统的加密方法有很多，如DES和AES，其安全性基于计算复杂度，对图像进行逐位的加密，速度慢，浪费大量存储空间，不能满足如今这个高效社会的需求。现有的图像加密的算法，主要是基于空间域和频率域的置乱、扩散、异或操作。在传统的结合图像压缩的加密方法中，通常是将加密过程和压缩过程分开进行的，这样的做法速度慢、计算量大，也无法满足实时性的需求。联合压缩与加密的方法是指在压缩过程中引入图像加密，保证了高效性，增强了安全性，能够很好的满足现在数字图像传输的要求。

目前，常见的图像压缩标准包括JPEG、JPEG2000，它们分别利用离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)、离散小波变换(Discrete Wavelet Transform,DWT)将图像从空间域变换到频率域，这会导致图像的压缩过程是有损压缩。算术编码是一种无损的压缩算法，压缩效率高。但是不能够进行加密。

发明内容

本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种加密和解密效果好、安全性高的基于算术编码的图像压缩加密方法。

本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于算术编码的图像压缩加密方法，包括如下步骤：

a)利用计算机对输入的图像进行像素置乱，选择混沌置乱法与Arnold置乱法分别进行像素置乱，将混沌置乱法及Arnold置乱法的使用顺序作为第一组密钥；

b)利用计算机对置乱操作后的图像的像素值进行算术编码，在算术编码的概率模型中使用混沌系统生成混沌序列，根据生成的混沌序列去改变待编码像素值的概率区间，将其作为第二组密钥，得到加密后的概率模型；

c)对步骤b)中加密后的概率模型中使用新的混沌系统生成新的混沌序列，该序列为0-1之间的随机数，设置阀值为0.5，当新的混沌序列的当前值大于等于0.5时，对概率模型进行概率区间的交换，如果当新的混沌序列的当前值小于0.5时，对概率模型不进行任何操作；

d)计算机将步骤b)及步骤c)加密后的概率模型中的像素值进行算术编码，编码完成后，重复步骤b)和步骤c)，得到对应的其余将要编码像素值的概率模型，之后对其进行编码，得到新的概率模型，直至对所有像素完成编码；

e)对新的概率模型解密过程中，先输入步骤a)和步骤b)中生成的第一组密钥和第二组密钥进行解密解压缩操作，解密后得到步骤a)置乱后的图像的像素值，再输入步骤a)中的第一组密钥，最终得到原始图像。

还包括如下步骤：

a-1)所述步骤a)中对输入的图像使用混沌模型产生混沌序列，混沌序列的第1000至1029数值进行截取，设置阀值为0.5；