基于EBCOT的JPEG2000图像部分加密方法研究与实现

论文摘要

随着Internet技术与多媒体技术的飞速发展,在网络中传输的图像信息越来越多,其安全传输和存储问题得到了人们的高度重视,各种图像加密方法应运而生。与此同时,由于图像数据量大、冗余度高,图像加密的实时性也尤为重要。因此,图像的实时加密问题正在成为信息安全领域的重要课题之一。传统的文本加密方法可直接用于图像加密,但需加密图像的所有数据,故加密效率很低。于是,人们提出了引入图像压缩技术的图像专门加密方法,对图像的压缩数据进行加密。显然,加密数据量降低,加密效率提高。然而,若加密的实时性要求较高时,图像的压缩数据量仍然较大。为此,近年来出现了仅加密图像压缩编码中部分重要数据的部分加密方法,成为兼顾安全性和实时性的有效加密方案。本文工作正是这一方案的拓展和延伸。考虑到JPEG2000标准的广泛应用,本文针对JPEG2000压缩图像进行了部分加密方法研究。具体而言,本文基于JPEG2000标准的核心算法——EBCOT（Embedded Block Codingwith Optimized Truncation）,提出了一种新的图像部分加密方法。EBCOT算法是一种基于位平面的块编码。本文首先深入研究并编程实现了该算法。然后,根据EBCOT编码原理,将其输出编码分为五个种类,结合仿真实验分析了五类数据对图像重构的重要性。接着,根据重要性和数据量等原则,并结合小波变换特点,选择了两类重要数据进行加密。为了验证本文方法的有效性,采用人物、自然和纹理等三种典型图像进行了广泛的加密实验和安全性分析。计算机仿真和安全分析结果表明,加密3-8%的EBCOT输出码流即能保证图像的安全性,而且保持了图像压缩率不变。最后,为了将图像部分加密方法推向实际应用,基于VC实现了本文方法的加密软件。此软件是在Microsoft visual VC++6.0环境中开发、基于MFC类库的Windows程序,主要实现了密钥生成、图像加密和解密等功能,界面友好。仿真测试结果表明了软件设计的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究意义
• 1.2 主要研究内容
• 1.3 论文结构安排
• 2 数字图像加密技术
• 2.1 数字图像的特点
• 2.2 密码学的概述
• 2.3 数字图像加密技术现状和分析
• 2.3.1 无图像压缩的加密技术
• 2.3.2 有图像压缩的加密技术
• 2.3.3 有图像压缩的部分加密技术
• 3 JPEG2000的加密技术介绍
• 3.1 JPEG2000的概述及特点
• 3.2 JPEG2000与加密技术的结合
• 3.2.1 基于混沌理论的JPEG2000图像部分加密算法
• 3.2.2 基于AES的JPEG2000位流部分加密算法
• 4 EBCOT压缩编码原理与实现
• 4.1 预处理
• 4.2 离散小波变换
• 4.3 量化
• 4.4 EBCOT编码描述
• 4.4.1 EBCOT算法的基本概念
• 4.4.2 四种编码操作的描述
• 4.4.3 三个通道编码过程原理
• 4.4.4 MQ二值算术编码
• 4.4.5 EBCOT编码实现总结
• 5 基于EBCOT的图像加密方法
• 5.1 EBCOT压缩后数据分析
• 5.1.1 A类数据
• 5.1.2 B类数据
• 5.1.3 C类数据
• 5.1.4 D类数据
• 5.1.5 E类数据
• 5.2 EBCOT加密方法原理
• 5.2.1 LL层的 C类数据
• 5.2.2 其他高频子带中的A类数据
• 5.2.3 流加密
• 5.3 仿真实验与分析
• 5.3.1 人物图像仿真实验
• 5.3.2 自然社会图像仿真实验
• 5.3.3 纹理图像仿真实验
• 5.4 安全性分析
• 5.4.1 不动点比
• 5.4.2 像素变化平均值
• 6 EBCOT部分加密软件实现
• 6.1 Visual C++概述
• 6.2 MFC介绍
• 6.3 Visual C++6.0集成开发环境及工程建立方法
• 6.4 部分加密软件包结构及实现
• 6.4.1 软件界面设计
• 6.4.2 加密界面介绍
• 6.4.3 解密界面介绍
• 6.4.4 软件包特点
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况
• 致谢