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专利号: 2024111544474
申请人: 电子科技大学中山学院
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2025-11-19
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于,包括以下步骤:步骤一:对RGB的明文图像进行重构,得到重构图像矩阵;

步骤二:利用基于非线性动力学的混沌Rubik's Cube排列算法和图像过滤扩散机制对重构图像矩阵进行加密,得到加密后的密文图像;具体包括如下步骤:S51)、混沌初始值扰动和序列预处理;具体包括如下步骤:S511)、使用SHA256计算明文图像的哈希值,然后将哈希值等分为32个部分,分别表示为: , ,  ,…, ;

S512)、根据哈希值的32个组成部分获取干扰参数;即:式中, 分别为密钥的干扰参数;

S513)、将密钥 的六个组成部分 相加;即:S514)、利用下式生成两组控制密钥,用于迭代混沌函数2D‑LSCM;即:式中, 表示2D‑LSCM的第一组密钥; 表示2D‑LSCM的第二组密钥;2D‑LSCM表示取余函数;

S515)、使用第一组密钥 进行第一次迭代;然后再使用第二组密钥进行第二次迭代,并生成混沌伪随机序列 、  、 ,即:式中,2D‑LSCM()为混沌函数,用于生成混沌伪随机序列; 表示图像的高度, 表示图像的宽度;

S52)、通过RGB分层处理将重构图像矩阵分成三层图像,并对每一层图像进行加密处理,得到密文图像 ;

S53)、设计滤波器,并采用设计的滤波器对密文图像 进行滤波扩散处理,得到滤波扩散处理后的密文图像 。

2.根据权利要求1所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:所述的RGB明文图像的重构,具体包括如下步骤:S1)、将RGB的明文图像转换到YCbCr颜色空间并进行采样;

S2)、对采样后的图像执行离散余弦变换DCT处理;以将采样后的图像表示为一系列的DCT系数;

S3)、对DCT系数进行量化操作进一步压缩DCT系数;

S4)、对量化后的DCT系数进行细致的压缩编码处理,得到重构图像矩阵。

3.根据权利要求2所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S4)中,对量化后的DCT系数进行细致的压缩编码处理,具体包括如下步骤:S41)、直流DC系数的提取和压缩编码;

S42)、交流AC系数的提取与压缩编码;

S43)、利用熵编码对压缩编码后的直流DC系数和交流AC系数进行最终编码;

S44)、将步骤S43)中通过熵编码进行最终压缩编码后的直流DC和交流AC系数存储在二进制格式中;R、G、B通道经过压缩编码后,产生六个二进制比特流;将这些比特流被连接起来重新构建一个二进制矩阵;

S45)、将每八列二进制矩阵换成一列十进制数,得到一个与明文长度相同但宽度不同的矩阵;根据需要添加由数字0和1组成的随机序列并记录下来;

S46)、将步骤S45)中得到的矩阵按行均匀分成三部分,分别分配给R、G、B通道,形成编码压缩的重构图像矩阵。

4.根据权利要求3所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S41)中,所述的直流DC系数的提取和编码,具体包括如下步骤:S411)、从每个DCT系数块中提取直流DC系数;

S412)、对提取的直流DC系数进行差分脉冲编码调制DPCM处理;

S413)、应用行程长度编码RLE对差分脉冲编码调制DPCM处理后的直流DC系数进一步压缩。

5.根据权利要求3所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S42)中,所述的交流AC系数的提取与压缩编码,具体包括如下步骤:S421)、从每个DCT系数块中提取交流AC系数;

S422)、利用Zig‑Zag扫描交流AC系数;

S423)、通过行程长度编码RLE对经过Zig‑Zag扫描排序的交流AC系数序列进行编码处理;

S424)、根据交流AC系数的能量分布动态调整行程长度编码RLE的阈值和编码参数。

6.根据权利要求1所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S52)中,具体包括如下步骤:S521)、先对重构图像矩阵的一层灰度图像 进行加密处理;

S522)、从混沌伪随机序列 中取出H位,从混沌伪随机序列 中取出W位;

S523)、确定最大迭代次数  并将计数器 初始化为0;

S524)、将计数器 增加1;

S525)、对灰度图像 的每一行m进行左移或右移的操作;

S526)、对灰度图像 的每一列n进行上移或下移的操作,从而得到打乱后的图像;

S527)、使用混沌伪随机序列 对打乱后的图像 的每一行使用按位 操作符;

即:

式中, 表示每一行使用按位异或操作后得到的图像; 为按位异或操作符;

表示使用混沌伪随机序列 进行的从左到右翻转;

S528)、使用混沌伪随机序列 对打乱后的图像 的每一列使用按位 操作符;

即:

式中, 为每一列按位异或操作后的密文图像; 表示使用混沌伪随机序列 进行的从左到右翻转;

S529)、如果 ;则灰度图像 的加密完成,生成排列后的密文图像 ;否则,重复步骤S524)‑ S528);

S530)、重复步骤S522)‑ S529)完成剩余两层灰度图像的加密;最后合成排列后的密文图像 。

7.根据权利要求6所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S53)中,所述的图像扩散过程中采用的滤波器大小设置为2x2;右下角权重对应当前像素,即K(2,2)=1;其他三个权重使用混沌伪随机序列 作为子密钥生成;具体包括如下步骤:S531)、取96位的混沌伪随机序列 并将其分成三个32位序列,然后将三个序列转换为整数 ;

S532)、对整数 的元素进行排序,获得索引向量 ;

S533)、使用索引向量 扰动三个整数以获得扰动后的元素集合 :因此,所述的滤波器可表示为: 。

8.根据权利要求7所述的一种基于DCT压缩与非线性动力学的图像隐私保护方法,其特征在于:步骤S53)中,使用滤波器K进行扩散处理,具体为:首先,使用打乱结果的密文图像 初始化滤波扩散结果C;然后再使用滤波操作更新C中每个像素的值;从而得到滤波扩散处理后的密文图像 ,即由于K(2,2)=1,因此,上式写为:

式中, 表示滤波扩散处理后的密文图像; 表示密文图像 的灰度级别。