一種應(yīng)用于智能手機(jī)的jpeg壓縮圖像加密方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及圖像加密領(lǐng)域，提供一種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法。該方法將經(jīng)過JPEG壓縮算法處理后的數(shù)字圖像分塊成大小為8×8且互不重疊的子塊集。通過比較8×8子塊的標(biāo)準(zhǔn)差，選擇滿足一定條件所對(duì)應(yīng)的8×8子塊，定義為“加密子塊”。對(duì)于“加密子塊”的8×8DCT，利用混沌系統(tǒng)C1對(duì)這些“加密子塊”DCT的AC進(jìn)行混沌加密操作。利用超混沌系統(tǒng)C2對(duì)所有8×8DCT的DC進(jìn)行混沌加密操作。反8×8DCT后，將圖像劃分成n1×n1個(gè)子圖像，然后對(duì)這些子圖像兩兩進(jìn)行隨機(jī)配對(duì)，配對(duì)的兩個(gè)子圖像進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作后再整體交換位置。本發(fā)明在兼顧JPEG壓縮特點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)環(huán)境下的圖像加密。
【專利說明】—種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像加密領(lǐng)域，特別涉及一種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002]智能手機(jī)在人們的日常生活中占據(jù)著非常重要的地位，其應(yīng)用范圍涉及到通訊、學(xué)習(xí)、娛樂、購物和網(wǎng)上支付等日常生活的方方面面。近年來，雖然智能手機(jī)的用戶高速增長，但智能手機(jī)的信息安全卻沒有得到足夠的重視。智能手機(jī)的開發(fā)者只關(guān)注迎合用戶的體驗(yàn)而忽視信息的安全，這使得智能手機(jī)的信息安全面臨著巨大的挑戰(zhàn)，一旦智能手機(jī)出現(xiàn)安全隱患，其后果不可想象。
[0003]隨著智能手機(jī)照相功能的豐富以及移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的廣泛應(yīng)用，圖像已成為手機(jī)信息的重要組成部分，圖像的隱私性及安全問題成為用戶關(guān)心的重點(diǎn)，同時(shí)也是信息安全研究的熱點(diǎn)方向之一。
[0004]傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)的信息安全技術(shù)經(jīng)過幾十年的發(fā)展已經(jīng)日趨成熟，但受限于智能手機(jī)的硬件架框和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，照搬傳統(tǒng)信息安全保護(hù)技術(shù)并不適用于智能手機(jī)。當(dāng)前，由智能手機(jī)引發(fā)的圖像信息安全問題屢見不鮮，保護(hù)智能手機(jī)圖像信息的安全已經(jīng)迫在眉睫。
[0005]在智能手機(jī)中，常見的圖像格式有JPEG、PNG和BMP，其中又以PNG和JPEG兩種格式的壓縮效果最為顯著，因此被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)中。對(duì)比這兩種格式，PNG格式屬于無損壓縮，JPEG格式屬于有損壓縮。顯然，在存儲(chǔ)資源有限的智能手機(jī)條件下，JPEG壓縮格式具有更大的實(shí)用價(jià)值。與此同時(shí)，JPEG格式的壓縮算法比較復(fù)雜，圖像的部分信息會(huì)丟失，這給加密解密帶來了難度。因此，JPEG壓縮圖像的加密對(duì)于智能手機(jī)具有更大的應(yīng)用價(jià)值。
[0006]經(jīng)對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，肖迪和謝沂均2013年在“物理學(xué)報(bào)”期刊上發(fā)表的論文“一種結(jié)合JPEG壓縮編碼的彩色圖像加密方法”中提出了一種空域和頻域結(jié)合的圖像加密算法。該方法首先在空域?qū)?X8塊進(jìn)行擴(kuò)散置亂，然后利用邊緣檢測(cè)技術(shù)找出包含細(xì)節(jié)信息較多的重要塊進(jìn)行加密，加密效果顯著。其不足之處在于該方法計(jì)算量大，并不適合在智能手機(jī)上使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，在兼顧JPEG壓縮特點(diǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)環(huán)境下的圖像加密。
[0008]本發(fā)明提供的一種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，包括如下內(nèi)容:
(I)JPEG壓縮圖像加密的總體框架。
[0009](2) “加密子塊”離散余弦變換(DCT)的交流系數(shù)(AC)進(jìn)行混沌加密過程。
[0010](3) 8X8 DCT的直流系數(shù)(DC)進(jìn)行混沌加密過程。
[0011](4)圖像子塊之間的交換過程。
[0012](一)JPEG壓縮圖像加密的總體框架為了適應(yīng)智能手機(jī)的低能量、低功耗和低成本的環(huán)境，本發(fā)明的主要思想是:不對(duì)數(shù)字圖像的所有內(nèi)容進(jìn)行加密，而是只對(duì)部分選擇的內(nèi)容進(jìn)行加密處理。
[0013]對(duì)于原始圖像/，假設(shè)經(jīng)過JPEG壓縮算法處理后的數(shù)字圖像大小為#X見#、#均為8的倍數(shù)，設(shè)》=#/8, n =NfS0本發(fā)明實(shí)現(xiàn)的JPEG壓縮圖像加密的總體框架按照下述六個(gè)步驟實(shí)現(xiàn):
步驟1.將經(jīng)過JPEG壓縮算法處理后的數(shù)字圖像分塊成大小為8X8且互不重疊的子塊集。對(duì)這些8X8子塊進(jìn)行編號(hào)，不妨設(shè)為i = l，2，…，mXn。
[0014]步驟2.為了選擇“加密子塊”，首先計(jì)算每個(gè)8X8子塊的標(biāo)準(zhǔn)差，求出所有標(biāo)準(zhǔn)差的最大值記為Max，選擇所有標(biāo)準(zhǔn)差大于等于(2/3)Max所對(duì)應(yīng)的8X8子塊，并將它們定義為“加密子塊”。
[0015]步驟3.對(duì)于“加密子塊”的8X8 DCT，利用混沌系統(tǒng)C1對(duì)這些“加密子塊” DCT的AC進(jìn)行混沛加密操作。
[0016]步驟4.利用超混沌系統(tǒng)C2對(duì)所有8 X 8 DCT的DC進(jìn)行混沌加密操作。
[0017]步驟5.對(duì)所有8X8塊計(jì)算反DCT。
[0018]步驟6.將經(jīng)步驟5處理后的圖像劃分成Z7lXfl1個(gè)子圖像，然后對(duì)這些子圖像兩兩進(jìn)行隨機(jī)配對(duì)，配對(duì)的兩個(gè)子圖像在分別處理后再整體交換位置。
[0019]在上述總體框架中，為了實(shí)現(xiàn)加密過程，具體的操作過程如下。
[0020](二)“加密子塊” DCT的AC進(jìn)行混沌加密過程
記“加密子塊” DCT為i?(i，j).1, j = 0, I, 2，...，7。從上到下逐行逐列讀取i?(i，j)的元素，但不含3(0，O)，然后轉(zhuǎn)化成一個(gè)向量。這樣可獲得一個(gè)維數(shù)為63的向量，記為Bij)。
[0021]步驟1.在區(qū)間[O, I]內(nèi)隨機(jī)選擇初始值Z(O)。
[0022]步驟2.對(duì)于混沌系統(tǒng)C1
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，其特征在于:對(duì)于原始圖像/，假設(shè)經(jīng)過JPEG壓縮算法處理后的數(shù)字圖像大小為均為8的倍數(shù)，設(shè)《 =#/8，η =#/8 ；該方法包括以下步驟: (1)將經(jīng)過JPEG壓縮算法處理后的數(shù)字圖像分塊成大小為8X 8且互不重疊的子塊集，對(duì)這些8X8子塊進(jìn)行編號(hào)，設(shè)為i = 1，2，..., mXn ； (2)計(jì)算每個(gè)8X8子塊的標(biāo)準(zhǔn)差，求出所有標(biāo)準(zhǔn)差的最大值記為Max，選擇所有標(biāo)準(zhǔn)差大于等于(2/3)Max所對(duì)應(yīng)的8X8子塊，并將它們定義為“加密子塊”； (3)對(duì)于“加密子塊”的8X8DCT，利用混沌系統(tǒng)C1對(duì)這些“加密子塊” DCT的AC進(jìn)行混沛加密操作； (4)利用超混沌系統(tǒng)C2對(duì)所有8X8DCT的DC進(jìn)行混沌加密操作； (5 )對(duì)所有8X8塊計(jì)算反DCT ； (6)將經(jīng)步驟(5)處理后的圖像劃分成T7lXz7l個(gè)子圖像，然后對(duì)這些子圖像兩兩進(jìn)行隨機(jī)配對(duì)，配對(duì)的兩個(gè)子圖像在分別處理后再整體交換位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，其特征在于步驟(3)所述的對(duì)“加密子塊”DCT的AC進(jìn)行混沌加密操作的具體過程如下: 記“加密子塊”為i?(i，j) ； i, J = O, I, 2，...，7 ;從上到下逐行逐列讀取i?(i，j)的元素，但不含3(0，O)，然后轉(zhuǎn)化成一個(gè)向量，這樣可獲得一個(gè)維數(shù)為63的向量，記為i?(i)；步驟I，在區(qū)間[0，I]內(nèi)隨機(jī)選擇初始值z(mì) (O)； 步驟2，對(duì)于混沌系統(tǒng)C1.τ(? + ?) = α- χ(?)(1 — χ(?))
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，其特征在于步驟(4)所述的對(duì)8X8DCT的DC進(jìn)行混沌加密操作的具體過程如下: 四維超混沌系統(tǒng)C2
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，其特征在于步驟(6)所述的圖像子塊之間的交換操作具體過程如下: 步驟1，將圖像分成Z7lXfl1個(gè)子圖像，對(duì)這Z7lXfl1個(gè)子圖像隨機(jī)進(jìn)行配對(duì)，配對(duì)的兩個(gè)子圖像進(jìn)行下列操作； 步驟2，將配對(duì)的兩幅子圖像分別進(jìn)行轉(zhuǎn)置操作，然后將這兩幅子圖像整體進(jìn)行交換； 步驟3，所有配對(duì)的兩幅子圖像均按照步驟2的方法進(jìn)行操作； 步驟4，獲得加密后的圖像。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于智能手機(jī)的JPEG壓縮圖像加密方法，其特征在于:圖像解密過程是對(duì)權(quán)利要求1所述的最終獲得的加密圖像過程的逆操作，按照加密過程的逆過程逐步計(jì)算即可獲得解密圖像。
【文檔編號(hào)】G06T9/00GK104021580SQ201410279090
【公開日】2014年9月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月22日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月22日
【發(fā)明者】金聰, 金樞煒 申請(qǐng)人:華中師范大學(xué)