三维不等长Arnold变换及其在图像置乱中的应用

传统的二维Arnold变换和三维Arnold变换在图像置乱过程中仅能改变图像的像素位置,导致图像置乱效果不理想.为此,利用二维等长Arnold变换构造三维等长Arnold变换的原理,将二维不等长Arnold变换及其反变换进行推广,得到了一种三维不等长Arnold变换及其反变换的算法.该算法将平面图像一一映射为立体空间二值图像,对其像素位置的置乱和恢复间接地改变了平面图像的像素位置和像素值大小;并采用小波多级分解和信息论相结合的方法实现了图像置乱效果的评价.实验结果表明,采用文中算法是可行的,对于图像置乱结果的评价与人的视觉感知基本相符.     

基于Arnold置乱的小波变换数字视频水印

提出了一种结合小波变换和Arnold变换的数字水印算法。首先用Arnold变换将水印图像置乱,然后将置乱后的水印图像,通过对视频关键帧图像的小波变换将其嵌入到视频的关键帧图像中,以完成水印的嵌入。Arnold变换是图像置乱常用的一种方法,对水印图像进行置乱处理能够提高其信息安全性,而且对于嵌入水印之后的视频帧来说,其抗剪切攻击等能力也会得到提高。将Arnold变换应用到视频水印中,可以使视频水印的安全性、可靠性以及水印嵌入的鲁棒性都得到有效提高。     

二维Arnold变换及非等长图像置乱变换

二维Arnold变换因对于等长数字图像都存在变换周期,而常常应用于等长数字图像加密过程中的置乱变换过程.但对于非等长数字图像其变换周期一般不存在而不应用于图像加密过程.给出并证明了采用二维Arnold变换对数字图像进行置乱变换时,使变换周期存在图像高和宽需满足的充分必要条件,找到并证明了一个对任意高宽的数字图像都存在置乱变换周期的变换矩阵.该变换矩阵可广泛应用于对任意尺寸数字图像的置乱变换过程.     

基于Arnold变换的混沌轨道遍历性的数字图像加密

提出一种基于Arnold变换的图像加密新算法.利用二维和三维Arnold变换混沌轨道的遍历性,提出一个新的空间置乱方法.该方法可以改进传统的Arnold变换置乱方法密钥空间小的缺点,并可以提高置乱度.利用耦合映象格子(CML)映射对图像灰度值进行扩散,进一步扩大了密钥空间,提高了加密系统的安全性.实验结果表明,本文的加密算法加密效果好,安全性高,可以抵抗统计分析并具有抗JPEG压缩、剪切等攻击的鲁棒性.     

一种基于格雷码变换和M序列异或的MPEG视频加密算法

在多数的视频加密算法中,视频加密后的数据流会显著增大,因为这些算法没有考虑到视频编码特点,导致传输吞吐率的下降。结合MPEG编码特点,利用格雷码和自然二进制码相互转换的易生成性,以及M序列良好的随机特性,提出一种快速视频加密算法。算法先在宏块DCT变换之前进行空域置乱运算,然后对Z字型扫描后的DC和AC系数符号位进行异或运算。加密后的数据大小不变,且加密速度快,两种算法结合安全性高。     

二维不等长变换改进及其应用EI北大核心CSCD

针对二维不等长变换置乱图像效果差且纹理特征明显,难以满足高安全性图像信息保护需要的问题,提出二维不等长Arnold变换的改进方法,并将其用于像素位置置乱和像素值加密中.该方法利用经典可逆二维标准映射的构造思想将二维不等长Arnold变换进行非仿射化修改,获得一种具有非线性变换特性的保面积且具有周期的置乱变换,对任意高宽不等图像置乱加密并用其逆变换来快速恢复原图像.大量实验结果表明,文中方法是有效的,相比现有二维不等长Arnold变换能有效地改善图像置乱效果并降低图像纹理特征,对任意高宽图像的高性能置乱加密具有一定的推广价值.     

基于Arnold变换的图像分存加密方法

为提高图像分存加密的安全性,提出一种将置乱加密、分存技术和像素扩散相结合的分存加密方法。首先,利用一维Logistic混沌映射产生Arnold变换的参数;其次,利用变参数的二维Arnold变换对图像进行像素位置置乱;最后,利用变参数的三维Arnold变换对置乱后图像进行像素值扩散并分存为两幅图像。实验结果表明,该方法的外部密钥敏感度较强,具有良好的雪崩效应,能够有效地抵抗明文和差分等攻击,且解密密钥与明文图像紧密相关。     

空域彩色图像混沌加密算法

针对彩色图像的存储特性提出一种混沌加密算法·该算法首先对Lorenz系统输出的实值混沌序列进行预处理,然后利用其构造置乱索引矩阵,进而实现空域彩色图像三基色置乱·实验结果表明:与Arnold变换比较,文中算法有着良好的置乱度;同时利用系统三输出以及8×8块式空域置乱,大大地提高了加密效率;高维混沌系统的密钥空间进一步加强了算法的保密性和安全性·     

基于非交换小波变换的图像置乱算法

对非交换小波分解和重构算法进行了改进,提取出图像沿对角方向的两个低频分量与两个高频分量;提出了构造改进的Arnold变换的一种方法;利用改进的Arnold变换对非交换小波系数置乱,对置乱后的系数重构得到最终的置乱图像。扩充了密钥空间的大小,进一步增加了置乱图像的保密性。     

一种改进的Arnold Cat变换图像置乱算法

Arnold Cat变换是经典的图像置乱算法,但其存在密钥量小,置乱视觉效果差的缺点。同时置乱仅仅是重新排列图像各像素点的位置,像素值并没有发生改变,这样攻击者就可以通过统计分析等手段进行破译。针对Arnold Cat变换的不足,运用混沌理论,提出了一种基于均匀性的改进Arnold Cat变换置乱算法。仿真实验证明改进的算法具有密钥量大、置乱视觉效果好、图像的位置和像素值均发生本质改变等优点,增加了图像加密的安全性。     

一种基于FMO和NAL的视频加密方案

通过分析H.264中灵活宏块排序FMO(Flexible Macroblock Ordering)技术的特点和NALU(Network Abstract Layer Unit)语法元素的参数,利用编码过程中的FMO机制对图像分片后的宏块进行置乱,采用流密码对码流的网络抽取层单元NALU中的重要参数快速加密,提出一种基于...     

基于提升小波变换和DCT的彩色视频水印算法

针对数字视频的版权保护应用,提出了一种混合提升小波变换和DCT的视频水印算法。该算法先对水印进行混沌加密和Arnold置乱处理,借助密钥选取r帧彩色视频并将每帧视频的每一分量进行互不重叠的8×8分块,对选取的分块进行1级提升小波变换,并对低频子带进行DCT变换,以视频帧的纹理和运动特性自适应地确定量化步长的抖动调制方式嵌入水印,水印提取时无须原始视频的参与。实验表明,该算法实现简单,具有良好的透明性和鲁棒性,与其他算法相比,该算法具有更好的性能。     

基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法

针对原有Arnold数字图像加密算法中常见的密钥空间不足的问题,提出了一种基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法--SMA;同时为了进一步提高该基于稀疏矩阵的Arnold数字图像加密算法的安全性,利用图像分层及三层加密结构的思想来加以改进,提出了安全性提升算法--3SMA(3 round SMA)。SMA算法的加密流程首先利用Arnold变换将明文图片扩散到一个较大的稀疏矩阵中,再去除稀疏矩阵中的无效元素得到密文;解密时输入密文图片,依照预先计算好的对换表将密文中的像素调整回原来的位置得到明文。3SMA算法使用三个不同的轮密钥,每一轮都处理明文图像中的两个颜色分量以达到加密的目的。实验表明,与已有的Arnold数字图像加密算法进行对比时,SMA与3SMA算法具有更高的安全性。     

基于H.264 的混沌视频加密系统

为了解决视频信息的安全问题,提出了一种基于视频编码标准H．264／AVC的混沌视频加密算法。利用流密码加密简单、运算速度快等优点,采用Logistic离散混沌序列对H．264／AVC标准的CAVLC（基于上下文的自适应变长编码）熵编码阶段的码流进行加密,并从算法的安全性、加密效率等方面进行分析。试验结果表明：该加密算法在保证视频内容信息安全性的前提下,不改变码流的结构,具有良好的实时性和快速性。     

控制关键帧选择的H.264熵编码加密算法

目的常见的H.264熵编码加密是一种将加密方案与熵编码方式融合的视频安全算法,这种算法不仅加解密速度快且可保持数据格式不变,是一种兼容性的加密方案,但需要处理帧内所有数据。方法针对熵编码加密过程中存在的不足,提出了一种基于关键帧选择与熵编码相结合的视频加密方法,通过获取一帧中所有8×8子宏块的运动矢量,构造一个用于表示每一帧内容变化情况的向量F,然后将其欧几里德范数与阈值K比较,如果大于或等于阈值,则确定当前帧是关键帧,则在下一帧熵编码时加密其运动矢量差与残差系数值,否则不参与任何加密运算。结果通过控制阈值K的大小来决定关键帧的选择,并结合混沌序列加密关键帧数据来保证视频信息的安全性,与熵编码加密算法相比,加密数据平均减少数据量约为39.78%。结论实验结果表明该加密方法在保持编码后数据总量不变的情况下,以较小的时间代价获得了良好的加密效果,且与常规的熵编码加密算法相比大幅度减少了加密数据量。     

基于整数变换的H.264标准量化过程*

详细地分析了两大标准化组织最新提出的视频编码国际标准H.264中的整数变换及量化过程。H.264视频编码的基本框架类似于当前流行的视频编码标准,采用变换编码和预测编码的混合编码技术,其优异的性能来源于引入的4×4整数变换,是所有视频压缩编码标准协议中独一无二的。最后在32位超高性能的多媒体处理器TMZJ2004上进行实验,对DCT、整数变换、DCT余弦值定点三种变换编码进行了信噪比(PSNR)比较。     

Quasi-commutative watermarking and encryption for secure media content distribution

Commutative Watermarking and Encryption (CWE) provides a solution for interoperation between watermarking and encryption. It realizes the challenging operation that embeds a watermark into the encrypted multimedia data directly, which avoids the decryption–watermarking–encryption triples. Till now, few CWE schemes have been reported. They often obtain the commutative property by partitioning multimedia data into independent parts (i.e., the encryption part and the watermarking part). Since the two parts are isolated, it can not keep secure enough against replacement attacks. To avoid the disadvantage, a novel quasi-commutative watermarking and encryption (QCWE) scheme based on quasi-commutative operations is proposed in this paper. In the proposed scheme, the encryption operation and watermarking operation are applied to the same data part. Since the two operations are homogenous with commutative properties, their orders can be commutated. As an example, the scheme for MPEG2 video encryption and watermarking is presented. In this example, the DCs in intra macroblocks are encrypted or watermarked based on random module addition, while the DCs in other macroblocks and all the ACs’ signs are encrypted with a stream cipher or block cipher. Analysis and experiments show that the scheme obtains high perceptual security and time efficiency, and the watermarking and encryption operations can be commutated. These properties make the scheme a suitable choice for efficient media content distribution. Additionally, the paper shows the availability of constructing the commutative watermarking and encryption scheme with homogenous operations, which is expected to activate the new research topic.

基于码分多址复用的双重加密可逆信息隐藏

针对多数密文域可逆信息隐藏算法嵌入容量小、加密算法单一的问题,提出一种双重加密的方法,并利用码分多址复用（CDMA）的思想嵌入秘密信息。加密时将图像分块,先对像素块进行多粒度置乱加密,再对块中每个像素的中间2位用流密码加密。信息嵌入采用码分多址的思想,选取k个长为4的相互正交的矩阵嵌入k层秘密信息,利用矩阵的正交性实现秘密信息多层嵌入,在提高嵌入容量的同时保证了对像素点的较小改变。对不满足嵌入条件的像素块嵌入伪比特,可避免使用位置图。拥有信息提取密钥的合法接收者可以提取秘密信息;拥有图像解密密钥可以近似恢复原始图像;拥有两种密钥既可提取秘密信息又可无损恢复原始图像。实验结果表明,512×512灰度图像Lena在峰值信噪比（PSNR）大于36 dB时最大嵌入容量133 313 bit。所提算法增强了加密图像安全性,在保证可逆性的同时大大提高密文域可逆信息隐藏嵌入容量。     

gyrator变换域的高鲁棒多图像加密算法

目的 随着互联网通信和多媒体技术的快速发展,单幅图像加密技术难以满足日益增长的数据传输需求。为提高图像加密系统的传输效率,同时保证安全性和鲁棒性,本文构建一种基于gyrator变换和多分辨率奇异值分解（multi-resolution singular value decomposition,MRSVD）的多图像加密算法。方法 首先,将明文图像每两幅组合为复数矩阵,利用改进的logistic映射生成混沌相位掩模,对复数矩阵进行gyrator域的双随机相位编码。其次,将变换后矩阵的实部分量和虚部分量组合为实数矩阵并进行多分辨率奇异值分解。最后,使用正交系数矩阵对多分辨率奇异值分解的结果进行线性组合得到密文图像。结果 实验结果表明,使用本文算法得到的解密图像的峰值信噪比大于300 dB,解密图像质量相较于对比算法的解密图像质量更好;密钥发生微小改变前后密文相关系数（correlation coefficient,CC）远小于0.20,明文像素值发生微小变化时像素变化率（number of pixels change rate,NPCR）与归一化平均变化强度（unified average changing intensity,UACI）分别约为0.999 0和0.333 7;密钥空间大小为5.616 9×10⁶⁰,可以抵御蛮力攻击;当密文图像受到一定强度的高斯白噪声和剪切攻击时,本文算法能够较好地恢复明文图像。结论 所提出的多图像加密算法在高质量恢复明文图像的同时具有较高的安全性和较强的鲁棒性,可以应用于图像的内容保护与安全传输。     

Imperceptible digital watermarking scheme in multiple transform domains

A novel imperceptible digital watermarking scheme in multiple transform domains is presented, where the cover image is dealt with by discrete wavelet transform (DWT), discrete cosine transform (DCT) and discrete fractional random transform (DFRNT), while the watermark image is scrambled by Arnold transform and logistic map. First the watermark is scrambled by the Arnold transform, then the row and the column of the resulting watermark are scrambled by the Logistic map, respectively. In addition, four sub-band images are generated from the host image by the two-dimensional discrete wavelet transform. The low-frequency sub-band images are divided into 8?×?8 small matrices, and a coefficient matrix is produced by performing the discrete cosine transform on each matrix. An intermediate matrix with the same size as the watermark image is constructed by the intermediate frequency coefficients. Then the discrete fractional random transformation is performed on the intermediate frequency coefficient matrix and the scrambled watermark is embedded into the discrete fractional random transformation domain. Compared with the previous schemes, the proposed digital watermarking scheme has stronger imperceptibility and robustness.