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(dòng)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(hào)數(shù)據(jù)量大和高冗余度的特點(diǎn)，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(xiàng)研究熱點(diǎn)。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)在便捷人們生活的同時(shí)，也帶來(lái)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(wèn)題。本文將通過(guò)近年來(lái)新興的壓縮感知理論對(duì)圖像傳輸中存在的實(shí)時(shí)性、安全性和可靠性問(wèn)題提出針對(duì)性的解決方案。
　　壓縮感知（CS）是對(duì)自然界中

2、占絕大多數(shù)的稀疏信號(hào)和可壓縮信號(hào)，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(cè)量完成信號(hào)重構(gòu)的一項(xiàng)新興技術(shù)。其對(duì)節(jié)約發(fā)射端的采樣成本，降低運(yùn)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(hào)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(gè)重要分支領(lǐng)域。同時(shí)，CS理論表明只要觀測(cè)矩陣滿足相關(guān)性準(zhǔn)則且高概率滿足RIP條件，通過(guò)對(duì)非確定性觀測(cè)矩陣的加密性設(shè)計(jì)可以使CS具有一定的加密性能。因此CS

3、可以被用來(lái)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(shí)也能高概率地重構(gòu)信號(hào)，因而抗丟包可靠性較強(qiáng)。
　　據(jù)此，本文提出一種低復(fù)雜度、高實(shí)時(shí)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(cè)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(jì)出來(lái)，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(gè)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(diǎn)，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(shí)，對(duì)壓縮感知圖像加密系統(tǒng)的運(yùn)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(shí)驗(yàn)