基于SPIHT的图像联合压缩加密算法研究

【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。
【作者】管丽娜；
【导师】邓家先；
【作者基本信息】海南大学，信号与信息处理，2014，硕士
【关键词】图像加密；图像联合压缩加密；SPIHT；算术编码；

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