一种基于视频的图像压缩及保密传输方法
【专利摘要】本发明一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，将静止图像分解为小图像序列后利用视频编码标准进行压缩，为静止图像的编码提供了一种新的途径。不仅进一步提高了静止图像的压缩比，而且在只有视频设备的场合仍能完成图像的编码。实验表明，应用本发明的方法相对JPEG压缩标准，压缩比可提高31％，在压缩比相当的情况下PSNR可获得5.5dB的高增益。同时，本发明可在不影响压缩性能和视觉效果的情况下完成加密，具有较高的安全性。
【专利说明】一种基于视频的图像压缩及保密传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种图像通信的方法，特别涉及一种图像压缩与保密传输方法与系 统，属于通信（如数据通信技术等）领域。
【背景技术】
[0002] 在当前的信息时代，80%涌现的信息人们需要通过图像、视频等格式的媒体形式 来获知。为了节约带宽，在传输前需对图像和视频进行编码，例如常用的图像编码标准有 JPEG等，而视频则常用H. 264、MPEG-2、MPEG-4等编码标准。JPEG制定于1991年，作为静态 图像压缩标准，在数字图像领域得到了广泛而成功的应用；而H. 264是ITU-T提出的一种较 新的面向甚低码率视频通信应用的视频图像压缩标准，其中采用了运动估计、整数DCT变 换、可变步长量化、可变长熵编码等技术，获得了高效的视频编码性能。视频和图像的编码 标准都取得了较好的效果并得到了广泛的应用，但当前的研究和应用都因为两种媒体格式 的差异而采用了不同的编码方式，即视频用视频编码标准来压缩、图像用图像编码标准来 压缩。如果能使用视频编码标准来编码图像，不仅能获得统一格式的编码文件，提高静止图 像压缩标准JPEG的压缩比，而且还能在只有视频编码设备的场合下对静止图像进行编码。
【发明内容】
[0003] 本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出了一种基于视频的图像压 缩及保密传输方法，提高了 JPEG压缩标准的压缩比和静止图像传输时的安全性。
[0004] 本发明的技术方案是：一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，步骤如下：
[0005] 1)将大小为M1XN1的原始图像X根据标准视频图像大小KXL调整成尺寸为MXN 的图像A，对调整后的图像A进行抽取并形成图像序列A1、A2、···. .、An ;其中，每个小图像 Al、A2、…、An的大小均为KXL ;所述的Μ、N分别能被K、L整除；
[0006] 2)根据收发两端预先约定的排列顺序将图像序列A1、A2、···..、An从新排序，得 到新的图像序列Bl、B2、…、Bn，并将该约定的排列顺序编号记为h ;
[0007] 3)将原始图像X的尺寸M1、N1以及排序编号h嵌入到步骤2)中形成的小图像序 列Β1、Β2、....·、Βη中，形成含密图像序列C1、C2、...··、〇!;
[0008] 4)将含密图像序列Cl、C2、…Cn按照标准视频编码方法进行压缩；
[0009] 5)接收端经过标准视频解码后得到恢复后的含密图像序列Cl、C2、…、Cn ;
[0010] 6)从含密图像序列Cl、C2、……、Cn中提取出嵌入的信息Ml、Nl、h，从而获得原 始图像X的大小和排序编号h的值，进而得到恢复的小图像序列B1、B2、···..、Bn ;
[0011] 7)根据排序编号h将B1、B2、……、Bn恢复成小图像序列A1、A2、……、An ;
[0012] 8)将小图像序列A1、A2、···. .、An按照步骤1)中抽取的逆过程恢复成大小为MXN 的图像，然后将其按照步骤1)中调整的逆过程调整为大小为M1XN1的图像。
[0013] 所述步骤1)中所述的调整原始图像的具体方法为：如果M1、N1不能分别被K、L整 除时，则对原始图像X的边缘利用相邻行或相邻列的像素值进行填充，将原始图像X调整形 成为大小为MXN的图像A;如果Ml、N1能分别被K、L整除时则不需调整，即Ml = Μ、N1 = N〇
[0014] 所述步骤3)中将原始图像X的尺寸M1、N1以及排序编号h嵌入到步骤2)中形成 的小图像序列Bl、B2、···..、Bn中的具体方法为：把待嵌入的信息按信息隐藏的方法嵌入 到从新排列后的小图像序列中的第一幅小图像B1中，其余小图像不变。
[0015] 所述步骤4)中对含密图像序列C1、C2、···..、〇!进行视频编码的步骤如下：根据 JPEG格式的压缩比设置视频编码器H. 264的量化步长参数Qp，使得压缩比不低于JPEG标 准，再进行标准的视频编码。
[0016] 本发明与现有技术相比的优点在于：
[0017] 目前的常用的图像压缩方法主要JPEG等，视频压缩方法主要有MEPG-2、MEPG-4、 H. 264等，当前的文献中也提到了一些其他的压缩方法。但现有的研究和应用中都针对着 两种媒体采用了不同的压缩处理方式：利用图像压缩技术来编码视频因其效果差而未采 用，利用视频压缩技术来编码静止图像的方法也未出现。该方法打破了常规，对图像编码时 先将图像抽取、排列成视频序列，采用视频编码的方法来压缩静止图像，获取了更高的压缩 t匕。另外，随机改变分解后的小图像序列对压缩性能的影响微乎其微，因此，该方法在发送 端采用约定的排列方式来重新编排子图像的位置，在不改变压缩性能的情况下达到了加密 的效果，这打破了现有加密算法不可见的传统。
[0018] 本发明利用视频编码技术来压缩静止图像，较之于JPEG图像压缩方法获得了更 高的压缩比，取得了意想不到的效果。
[0019] (1)本发明提出了一种采用视频编码标准压缩静止图像的独特方法，在提高压缩 比的情况下，还能对静止图像起到加密的作用，提高了静止图像传输的安全性。
[0020] (2)本发明采用的基于视频的静止的编码方法，其性能优于当前广泛应用于图像 领域的JPEG压缩标准。
[0021] (3)本发明利用小图像序列之间相关性很强的特点，随机的改变小图像序列的排 列顺序，这样既对压缩比没有影响又能起到加密的作用，而且和传统加密不同，本方法还掩 盖了加密的事实。
[0022] (4)本发明把一幅高质量的图像变成了多幅低质量的图像进行传输，对原始的高 质量图像起到了保护的作用。非法用户只能获取低质量图像，而合法用户能高保真的恢复 出原始图像。
[0023] (5)本发明可将图像、视频采用一种编码设备进行压缩，可在只有视频编码设备的 情况下，仍能完成视频和图像的编码工作。
[0024] (6)本发明可与传统的加密方法同时使用。
【专利附图】
【附图说明】
[0025] 图1为本发明的流程图；
[0026] 图2为测试原始图像；
[0027] 图3为调整后的图像；
[0028] 图4为分解后的小图像序列。
【具体实施方式】
[0029] 如图1所示，本发明一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，具体步骤如下：
[0030] 1)将大小为M1XN1的原始图像X根据标准视频图像大小KXL调整成尺寸为MXN 的图像A，对调整后的图像A进行抽取并形成图像序列A1、A2、···. .、An ;其中，每个小图像 Al、A2、…、An的大小均为KXL ;所述的Μ、N分别能被K、L整除；如果Ml、N1不能分别 被K、L整除时，则对原始图像X的边缘利用相邻行或相邻列的像素值进行填充，将原始图像 X调整形成为大小为MXN的图像A ;如果Ml、N1能分别被K、L整除时则不需调整，即Ml = M、N1 = N ;
[0031] 2)如表一所示，根据收发两端事先约定排序表的排序编号h将图像序列Al、 A2、·····、An 的顺序 1、2、···、]!变成 pi、p2、·····、pn 或者 ql、q2、…..、qn 或者 si、82、《"..、811等，形成新的图像序列81、82、《"..、811。其中，序号1 1 = 0时对应原始排列 顺序1，2，….，n ;h = 1时对应约定排列顺序pl、p2、…..、pn ;h = 2时对应约定排列顺 序ql、q2、…、qn ;…..；h = J时对应约定排列顺序si、s2、…、sn等，即该约定顺 序可选用多种随机排列顺序；
[0032] 表一
[0033]
【权利要求】
1. 一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，其特征在于步骤如下： 1) 将大小为M1XN1的原始图像X根据标准视频图像大小KXL调整成尺寸为MXN的 图像A，对调整后的图像A进行抽取并形成图像序列Al、A2、···..、An ;其中，每个小图像 A1、A2、···..、An的大小均为KXL;所述的M、N分别能被K、L整除； 2) 根据收发两端预先约定的排列顺序将图像序列A1、A2、…..、八!!从新排序，得到新 的图像序列Bl、B2、…、Bn，并将该约定的排列顺序编号记为h ; 3) 将原始图像X的尺寸M1、N1以及排序编号h嵌入到步骤2)中形成的小图像序列B1、 B2、一..411中，形成含密图像序列C1、C2、·····、〇!; 4) 将含密图像序列Cl、C2、…Cn按照标准视频编码方法进行压缩； 5) 接收端经过标准视频解码后得到恢复后的含密图像序列Cl、C2、…、Cn ; 6) 从含密图像序列C1、C2、、Cn中提取出嵌入的信息Ml、Nl、h，从而获得原始图 像X的大小和排序编号h的值，进而得到恢复的小图像序列B1、B2、···..、Bn ; 7) 根据排序编号h将B1、B2、……、Bn恢复成小图像序列A1、A2、……、An; 8) 将小图像序列A1、A2、···. .、An按照步骤1)中抽取的逆过程恢复成大小为MXN的 图像，然后将其按照步骤1)中调整的逆过程调整为大小为M1XN1的图像。
2. 根据权利要求1所述的一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，其特征在于：所 述步骤1)中所述的调整原始图像的具体方法为：如果M1、N1不能分别被K、L整除时，则对 原始图像X的边缘利用相邻行或相邻列的像素值进行填充，将原始图像X调整形成为大小 为MXN的图像A ;如果M1、N1能分别被K、L整除时则不需调整，即Ml = M、N1 = N。
3. 根据权利要求1所述的一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，其特征在于：所 述步骤3)中将原始图像X的尺寸M1、N1以及排序编号h嵌入到步骤2)中形成的小图像序 列Bl、B2、···..、Bn中的具体方法为：把待嵌入的信息按信息隐藏的方法嵌入到从新排列 后的小图像序列中的第一幅小图像B1中，其余小图像不变。
4. 根据权利要求1所述的一种基于视频的图像压缩及保密传输方法，其特征在于：所 述步骤4)中对含密图像序列Cl、C2、…Cn进行视频编码的步骤如下：根据JPEG格式 的压缩比设置视频编码器H. 264的量化步长参数Qp，使得压缩比不低于JPEG标准，再进行 标准的视频编码。
【文档编号】H04N19/88GK104065976SQ201410300478
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】周诠, 朱厉洪, 王菊花, 呼延烺, 崔涛, 魏佳圆, 梁薇 申请人:西安空间无线电技术研究所