基于壓縮感知的低復(fù)雜度圖像加密技術(shù)研究.pdf

1、隨著移動通信和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，以圖像為代表的多媒體通信逐漸成為現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信的主流形式。然而圖像信號數(shù)據(jù)量大和高冗余度的特點，使得如何準(zhǔn)確而快速地傳達(dá)圖像信息成為通信領(lǐng)域一項研究熱點。同時互聯(lián)網(wǎng)在便捷人們生活的同時，也帶來了網(wǎng)絡(luò)丟包、信息竊取、攔截及惡意篡改等網(wǎng)絡(luò)通信中亟待解決的安全性和可靠性問題。本文將通過近年來新興的壓縮感知理論對圖像傳輸中存在的實時性、安全性和可靠性問題提出針對性的解決方案。
　　壓縮感知（CS）是對自然界中

2、占絕大多數(shù)的稀疏信號和可壓縮信號，以遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的奈奎斯特采樣定律的采樣頻率，使用少量的線性測量完成信號重構(gòu)的一項新興技術(shù)。其對節(jié)約發(fā)射端的采樣成本，降低運算量以及提高通信速率有明顯作用，非常適合用在圖像這種大數(shù)據(jù)量和高冗余度的信號通信中。因此低復(fù)雜度的圖像通信系統(tǒng)研究成為壓縮感知的一個重要分支領(lǐng)域。同時，CS理論表明只要觀測矩陣滿足相關(guān)性準(zhǔn)則且高概率滿足RIP條件，通過對非確定性觀測矩陣的加密性設(shè)計可以使CS具有一定的加密性能。因此CS

3、可以被用來進(jìn)行加密系統(tǒng)的研究。此外基于CS的加密系統(tǒng)即使在丟包較嚴(yán)重，密文完整度較低，使用傳統(tǒng)加密方法難以保證通信成功時也能高概率地重構(gòu)信號，因而抗丟包可靠性較強。
　　據(jù)此，本文提出一種低復(fù)雜度、高實時性和可靠性的壓縮感知圖像加密系統(tǒng)。其發(fā)射端采用“分離感知法”加密，解密端使用“分離-合并解密法”解密。所謂“分離-合并解密法”是指“分離”階段將測量值矩陣中被壓縮的行數(shù)據(jù)和列數(shù)據(jù)被作為中間變量重構(gòu)估計出來，再以這兩種中間變量分別重

4、構(gòu)出行優(yōu)先分離解密結(jié)果和列優(yōu)先分離解密結(jié)果，完成壓縮感知“分離解密”的步驟；“合并”階段則是將前面得到的兩個解密結(jié)果進(jìn)行加權(quán)合以得到最終的分離-合并解密結(jié)果。行優(yōu)先和列優(yōu)先分離解密結(jié)果以及分離-合并解密結(jié)果均可進(jìn)行逆稀疏變換以解密出原始圖像。分離-合并解密法兼顧了行優(yōu)先分離解密和列優(yōu)先分離解密的特點，合并了兩種方法的效果，達(dá)到了更高的解密圖像質(zhì)量。同時，對壓縮感知圖像加密系統(tǒng)的運算復(fù)雜度、解密性能以及安全性和抗丟包可靠性的理論分析與實驗