专利名称：面向手机服务的数字图像选择加密方法
技术领域：
本发明涉及手机服务的数字图像选择加密方法，特别是图像小波子带的选择、混沌序列初始值的确定、图像加密及加密质量评价方法。
背景技术：
在无线互联网络普及的今天，手机服务已成为整个信息产业中发展最快、最具前景的领域，对城市建设和国民经济发展有着重要影响。手机服务是城市建设的重要组成部分，而图像是信息资源的重要表现形式。图像不仅涉及到个人隐私、商业机密、企业生存发展和军事机密，同时，由于手机使用环境具有开放性，对数字图像的安全性有更高的要求，因此手机服务中图像资源的安全问题更具有挑战性。另外，手机本身以嵌入式操作环境为 技术核心，追求自身的可移动性、方便性、低功耗和低成本，其处理器计算能力、内存容量以及设备能耗方面都受到极大限制，这使得手机服务中数字图像的安全实现面临着诸多技术瓶颈(I)数字图像的数据量一般比较大，直接使用经典密码机制会消耗太多的处理时间，运算效率不仅过低，而且无法承受。(2)对数字图像直接使用经典密码机制涉及二进制位串和高维矩阵之间的相互转换，这降低了图像加密的效率。(3)数字图像属于离散采样编码而并非连续编码，邻近像素之间具有很强的相关性，且存在大量视觉冗余。这与经典密码机制面临的问题有着根本性的区别。手机的信息处理、计算、存储和电池续航能力都很有限，而经典加密方法在图像内容保护方面虽然强度高、安全性好，但是由于其计算开销大或者能耗高，却不能在手机上直接使用。选择性加密只对数字图像中最重要的数据进行加密，以谋求在安全性和计算代价之间取得平衡。经对现有技术的文献检索发现，Gaurav. Bhatnagar和Q. M. Jonathan Wu 2012年在Digital Signal Processing (数字信号处理)期刊上发表的论文Selective ImageEncryption Based on Pixels of Interest and Singular Value Decomposition (基于感兴趣像素和奇异值分解的选择性图像加密方法)中提出了一种基于感兴趣像素和奇异值分解的选择性图像加密方案。该方案首先选择图像的感兴趣像素点集合，之后再对所选择的点集合进行加密操作。其不足在于这种感兴趣像素点集合的选择方法计算代价太高，无法直接用于手机服务中。
发明内容
本发明目的在于提供一种面向手机服务的数字图像选择加密方法，实现对手机上数字图像重要小波低频子带的选择、加密及质量评价。图像选择加密过程本发明提供一种面向手机服务的数字图像选择加密方法，该方法是在图像的分数小波域上实现的，内容包括待加密小波低频子带的选择、图像混沌加密密钥的确定、图像的加密操作及图像加密质量的评价四部分。(一)待加密分数小波低频子带的选择过程为了适应手机服务的低能量、低功耗和低成本的目的，不能对数字图像的所有分数小波子带进行加密操作，而是需要对分数小波低频子带进行选择。选择的具体过程如下步骤I.对于给定的大小为M1XM2的原始图像I，需要进行β尺度分数小波变换。对于一维函数f(t)，分数阶Y小波变换的数学公式如下Wr(u,a,b) = J Fr [f (t)](x)e~Jllxy/a b(x)dx(I)
—oc其中，a，b，Ψ分别是伸缩参数、平移参数以及小波母函数。
对原始图像I进行二维分数小波变换。二维分数小波变换要化成一维处理，首先将吣行的图像分解成两部分低通子图像M1X (M2/2)和高通子图像M1X (M2/2)，然后分别对每个子图像的列再进行分数小波变换，分解成高通部分与低通部分的子图像。由于每一个低频子带进行一层分数小波变换后均被分割成四个子带水平子带、垂直子带、对角线子带和低频子带，因此进行β尺度分数小波变换后一共可获得β个分数小波低频子带。β=0表示不进行分数小波变换，其分数小波低频子带即为原始图像。步骤2.对于所获得的β个分数小波低频子带，按照下列公式分别计算每个分数小波低频子带的重要性
η ,IΜ^2β Mn 12β , 4^SlGt4 =--R-「Σ Σ U0 (i, I)}⑵
β (MlIlfi)X(M2Ilfi) /=ι i=i β其中，θ e {1，2，3，4}分别表示水平子带、垂直子带、对角线子带和低频子带，(Μ/20) X (M2/2e)是小波低频子带<=4的大小，*STOf4是分数小波低频子带Jf4的重要性。步骤3.取选择阈值a = Q ■ SI(4=i，其中0〈Q〈1是调节参数。步骤4.将每个小波低频子带的重要性与选择阈值α进行比较，需要进行如下操作若满足不等式> α，则判定此小波子带/|=4是重要的；如果不满足不等式SIGf4 > α，则认为是不重要的。步骤5.若判断是重要的分数小波低频子带多于一个，则选择重要性最大的分数小波低频子带为最终选择的待加密小波低频子带；若具有最大重要性的小波低频子带不止一个，则任选其一作为待加密小波低频子带；若满足不等式Λ7(<=4 的小波低频子带不存在，则调整调节参数Q的值，调整量由用户决定。(二)图像混沌加密密钥的确定过程要实现分数小波变换和混沌加密需要确定若干个参数，这些参数的选择对图像加密结果的安全性有重要影响。本发明将这些参数的集合作为图像加密的密钥。这些参数包括(I)混沌序列的控制参数α，由用户给出；(2)图像小波变换的尺度β，由用户给出；
(3)分数小波变换的分数阶数Y ,且满足0〈 Y〈2,由用户给出；(4)混沌序列初始值X (O)的确定完全依赖于所选择的分数小波低频子带，它的确定过程如下步骤I.设原始图像是m比特的，从被选择的子带中任选5个像素点P1, P2, P3, P4, P5,由这5个点的像素值来获得该子带的混沌序列初始值。步骤2.按照下列公式计算所选小波子带的混沌序列初始值X
权利要求
1.一种面向手机服务的数字图像选择加密方法，其特征在于包括待加密分数小波低频子带的选择、图像混沌加密密钥的确定、图像的加密操作及加密质量评价四部分； (一)待加密分数小波低频子带的选择 步骤I.对于给定的大小为M1XM2的原始图像I，进行β尺度分数小波变换； 步骤2.对于所获得的β个分数小波低频子带，按照下列公式分别计算每个分数小波低频子带的重要性
2.如权利要求I所述的面向手机服务的数字图像选择加密方法，其特征在于待加密分数小波低频子带的选择的步骤I中.对于给定的原始图像I，进行β尺度分数小波变换时，对于一维函数f(t)，分数阶γ小波变换的数学公式如下
3.如权利要求I或2所述的面向手机服务的数字图像选择加密方法，其特征在于图像解密过程是对权利要求I或2所述的最终获得的加密图像过程的逆操作，按照加密过程的 逆过程逐步计算即获得解密图像。
全文摘要
一种面向手机服务的数字图像选择加密方法。该方法包括图像小波子带的选择、混沌序列初始值的确定、图像加密及加密质量评价四部分过程。采用计算原始图像各尺度分数小波低频子带的重要性值来选择重要的分数小波低频子带，将该子带作为待加密的图像低频子带，而不是对所有的图像子带进行加密；采用四个参数的集合作为图像加密的密钥，其中对于被选择的待加密分数小波低频子带，其混沌加密序列初始值的确定完全依赖于所选择的重要低频子带；采用Chebyshev映射而不是Logistic映射对所选择的低频子带进行加密；采用峰值信噪比的倒数与图像的边缘差异比之和作为图像加密质量的量化评价，而不是仅仅通过肉眼观察来判断图像加密的质量。
文档编号G06T1/00GK102831569SQ20121029435
公开日2012年12月19日 申请日期2012年8月17日 优先权日2012年8月17日
发明者金聪, 金枢炜 申请人:华中师范大学