一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的圖像加密方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于計(jì)算機(jī)軟件安全領(lǐng)域，特別涉及一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法 的圖像加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著因特網(wǎng)的飛速發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)傳輸信息的安全問題慢慢成為一個(gè)焦點(diǎn)。近年 來為了解決這個(gè)問題研究者提出了很多方法，包括密碼術(shù)、密鑰分存和數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)。其中 的數(shù)據(jù)隱藏技術(shù)通常用水印或加密術(shù)來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在用用最廣泛的是一種圖像加密方法。在 現(xiàn)有的圖像加密研究中，由于使用向量量化的方法封面圖像的隱藏能力得到了提高，因此 該類圖像加密方法得到了廣泛應(yīng)用。
[0003] 向量量化是一種應(yīng)用聚類方法的有損壓縮技術(shù)。常用的向量量化方法有兩種。第 一種是將原始待加密圖像被劃分原始集群；然后計(jì)算原始集群的中心向量，給這一中心向 量加減一個(gè)常數(shù)從而得到兩個(gè)誤差向量；最后將原始集群中的向量與這兩個(gè)誤差向量進(jìn)行 比較并根據(jù)與這兩個(gè)誤差向量之間的歐氏距離把原始集群分為不同集群?；谂c該誤差矩 陣中向量的歐氏距離把原始集群分為不同集群。所有集群的中心向量構(gòu)成密鑰。結(jié)合該密 鑰進(jìn)行圖像加密。
[0004] 第二種方法則是將前一方法中與中心向量進(jìn)行運(yùn)算的常數(shù)替換為一個(gè)誤差矩陣， 該誤差矩陣是由離散余弦變換矩陣轉(zhuǎn)化得到的。離散余弦變換矩陣中的負(fù)值由-1代替，正 值由1代替就得到了這個(gè)誤差矩陣。
[0005] 在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題：
[0006] 基于第一種向量量化方法的圖像加密方法，由于第一種向量量化方法本身的運(yùn)算 復(fù)雜度很高，因此會(huì)導(dǎo)致基于此量化方法的圖像加密方法具有相當(dāng)高的運(yùn)算復(fù)雜度，造成 加密系統(tǒng)很大的運(yùn)算開銷，基于該加密方法得到的加密圖像還原后的圖像質(zhì)量也很低；而 第二種方法由于其本身算法的特性，適用于具有較多邊緣圖像的處理，同樣給加密系統(tǒng)帶 來較大的運(yùn)算壓力，并會(huì)大大降低解密后圖像的質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明提供了一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的 圖像加密方法，其特征在于，所述基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的圖像加密方法，包括：
[0008] 將待加密圖像和封面圖像的尺寸進(jìn)行調(diào)整，得到調(diào)整后的待加密圖像和調(diào)整后的 封面圖像；
[0009] 根據(jù)所述調(diào)整后的待加密圖像，結(jié)合相減抖動(dòng)晶格向量量化算法，得到與所述調(diào) 整后的待加密圖像對(duì)應(yīng)的密碼本和索引向量；
[0010] 根據(jù)所述索引向量，得到加密向量；
[0011] 根據(jù)所述密碼本和所述加密向量，對(duì)所述調(diào)整后的封面圖像內(nèi)像素的色彩通道數(shù) 值進(jìn)行替換，得到與所述待加密圖像對(duì)應(yīng)的加密圖像。
[0012] 可選的，所述根據(jù)所述調(diào)整后的待加密圖像，結(jié)合相減抖動(dòng)晶格向量量化算法，得 到與所述調(diào)整后的待加密圖像對(duì)應(yīng)的密碼本和索引向量，包括：
[0013] 步驟一，將所述調(diào)整后的待加密圖像進(jìn)行分成預(yù)設(shè)尺寸的圖像塊，確定與每個(gè)圖 像塊對(duì)應(yīng)的圖像向量，將所述調(diào)整后的待加密圖像中的全部所述圖像向量構(gòu)成向量群集；
[0014] 步驟二，獲取所述向量群集的中心向量，根據(jù)所述中心向量確定輸入向量，在所述 輸入向量中疊加抖動(dòng)向量，確定與所述輸入向量對(duì)應(yīng)的待量化向量；
[0015] 步驟三，確定與所述待量化向量對(duì)應(yīng)的最近鄰晶格點(diǎn)，根據(jù)所述最近鄰晶格點(diǎn)得 到誤差向量，根據(jù)所述圖像向量與所述誤差向量的距離關(guān)系，將所述圖像向量分為第一群 集和第二群集；
[0016] 重復(fù)執(zhí)行步驟一至步驟三的內(nèi)容，直到群集的個(gè)數(shù)與密碼本的預(yù)設(shè)大小相同為 止，將此時(shí)全部所述群集的中心向量組成所述密碼本，在所述密碼本中選取與所述圖像向 量中距離最近向量的編號(hào)，將所述編號(hào)構(gòu)成索引向量。
[0017] 可選的，所述獲取所述向量群集的中心向量，根據(jù)所述中心向量確定輸入向量，在 所述輸入向量中疊加抖動(dòng)向量，確定與所述輸入向量對(duì)應(yīng)的待量化向量，包括：
[0018] 獲取所述向量群集的中心向量C1，令所述中心向量中每四個(gè)臨近元素構(gòu)成一個(gè)輸 入向量F ;
[0019] 根據(jù)抖動(dòng)向量VTr，結(jié)合所述輸入向量F構(gòu)建待量化向量Fi;
[0020] 其中，re[-8,8]，
[0022] 可選的，所述確定與所述待量化向量對(duì)應(yīng)的最近鄰晶格點(diǎn)，根據(jù)所述最近鄰晶格 點(diǎn)得到誤差向量，根據(jù)所述圖像向量與所述誤差向量的距離關(guān)系，將所述圖像向量分為第 一群集和第二群集，包括：
[0023] 確定與所述待量化向量Fi對(duì)應(yīng)的最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FF t;
[0024] 如果所述最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FFli內(nèi)所有元素的和為偶數(shù)，則當(dāng)前所述最近鄰整數(shù) 點(diǎn)集合FFli為與所述待量化向量F 應(yīng)的最近鄰晶格點(diǎn)；
[0025] 如果所述最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FF1，內(nèi)所有元素的和為奇數(shù)，則根據(jù)公式（1)對(duì)所述 最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FF1，內(nèi)的元素進(jìn)行調(diào)整，得到調(diào)整后的最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FF h，根據(jù)所述 調(diào)整后的最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合？?^確定與所述待量化向量F ;對(duì)應(yīng)的最近鄰晶格點(diǎn)，
[0026] k = arg max | FFi-Fi (1)
[0027] 其中，k表示所述待量化向量Fi中與對(duì)應(yīng)最近鄰整數(shù)點(diǎn)集合FF t中元素的差值最 大的元素編號(hào)，i為正整數(shù)；
[0028] 根據(jù)所述與所述待量化向量Fi對(duì)應(yīng)的最近鄰晶格點(diǎn)，結(jié)合抖動(dòng)向量V Tr，得到誤差 向量，所述誤差向量包括第一誤差向量vjR第二誤差向量V 2;
[0029] 確定所述圖像向量與所述第一誤差向量V1的第一距離和第二誤差向量V 2的第二 距離，如果所述第一距離小于所述第二距離，則所述圖像向量屬于第一群集，反之屬于第二 群集。
[0030] 可選的，所述根據(jù)所述索引向量，得到加密向量，包括：
[0031] 隨機(jī)獲取密鑰；
[0032] 將所述密鑰與所述索引向量進(jìn)行按位異或運(yùn)算，得到加密向量。
[0033] 可選的，所述根據(jù)所述密碼本和所述加密向量，對(duì)所述調(diào)整后的封面圖像內(nèi)像素 的色彩通道數(shù)值進(jìn)行替換，得到與所述待加密圖像對(duì)應(yīng)的加密圖像，包括：
[0034] 將所述密碼本和所述索引向量中的數(shù)值轉(zhuǎn)換為長(zhǎng)度為8的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；
[0035] 提取所述調(diào)整后的封面圖像的色彩通道的數(shù)據(jù)，將所述數(shù)據(jù)中的最后一個(gè)字節(jié)用 所述二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行替換，得到替換后的色彩通道數(shù)據(jù)；
[0036] 根據(jù)所述替換后的色彩通道數(shù)據(jù)，獲取與所述待加密圖像對(duì)應(yīng)的加密圖像。
[0037] 本發(fā)明提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0038] 通過在加密過程中使用相減抖動(dòng)晶格向量量化算法產(chǎn)生密碼本和索引向量，相對(duì) 于與現(xiàn)有技術(shù)，能夠提高解密后圖像的質(zhì)量。
【附圖說明】
[0039] 為了更清楚地說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖 作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0040] 圖1是本發(fā)明提供的一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的圖像加密方法的流 程不意圖；
[0041] 圖2是本發(fā)明提供的向量量化的示意圖的流程示意圖；
[0042] 圖3是本發(fā)明提供的相減抖動(dòng)晶格向量量化的示意圖；
[0043] 圖4是本發(fā)明提供的用于進(jìn)行仿真樣本圖庫；
[0044] 圖5是本發(fā)明提供的一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的圖像加密方法的不 同方法加密結(jié)果對(duì)比圖；
[0045] 圖6是本發(fā)明提供的一種基于相減抖動(dòng)晶格向量量化算法的圖像加密方法的不 同方法解密結(jié)果對(duì)比圖。
【具體實(shí)施方式】
[0046] 為使本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步地 描述。
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