在Internet或無線網(wǎng)絡(luò)中，高效安全的圖像傳輸需要面對(duì)的問題包括網(wǎng)絡(luò)帶寬、糾錯(cuò)恢復(fù)與傳輸圖像數(shù)據(jù)的機(jī)密性等方面。雖然網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展緩解了帶寬要求,但人們對(duì)于帶寬的需求是無止境的，于是必然需要對(duì)傳輸?shù)膱D像/視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，在圖像質(zhì)量稍有降低的情況下，以較低的比特率傳輸圖像。同時(shí)，為有效保護(hù)所傳輸?shù)膱D像/視頻數(shù)據(jù)，需要對(duì)傳輸?shù)膱D像/視頻文件加密。針對(duì)這一情況，我們?cè)O(shè)計(jì)出了EZW與AES相結(jié)合的圖像加密機(jī)制，能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的有效壓縮和安全傳輸。

一、壓縮加密聯(lián)合機(jī)制　

二維離散小波變換DWT、嵌入式小波零樹編碼EZW、高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn)AES組成聯(lián)合機(jī)制的3個(gè)基本部分，如圖所示。

其中，使用DWT的目的將待傳輸?shù)膱D像到變換域；EZW對(duì)變換域系數(shù)編解碼；AES對(duì)編碼壓縮后的結(jié)果加密；最后將加密的壓縮數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡(luò)傳輸。

1、編碼　　

圖像壓縮加密聯(lián)合機(jī)制的第一步，是利用二維離散小波變換，對(duì)待傳輸?shù)膱D像進(jìn)行多尺度二維分解。在所得到的不同尺度的系數(shù)矩陣中，由于低頻系數(shù)的重要性高于高頻部分，可以用位平面編碼的形式，對(duì)系數(shù)進(jìn)行分級(jí)量化，得到圖像的嵌入式表達(dá)方式，即進(jìn)行嵌入式小波零樹編碼。小波系數(shù)與一個(gè)閾值T比較，確定該系數(shù)的重要性。

在同一位平面按照從低到高的頻率順序掃描小波系數(shù)矩陣，尋找所有重要系數(shù)的符號(hào)與位置，并用2bit的標(biāo)記來表示：+或-表示重要系數(shù)的符號(hào)；‘0’表示該系數(shù)不重要；零樹根(zeroroot,ZTR)表示該系數(shù)，以及同一位平面上所有與該系數(shù)尺度相關(guān)的系數(shù)都是不重要的。由于利用了小波變換系數(shù)矩陣不同尺度之間系數(shù)的相關(guān)關(guān)系，ZTR極大增強(qiáng)了編碼效率。在給定的位平面計(jì)算出重要系數(shù)映射標(biāo)記以后，需要為所有重要系數(shù)添加分辨率增強(qiáng)符號(hào)。然后，將產(chǎn)生的所有編碼符號(hào)進(jìn)行自適應(yīng)算術(shù)編碼。第一次掃描處理結(jié)束后，再進(jìn)行第二次掃描，執(zhí)行相同的處理，不斷重復(fù)，直到滿足設(shè)定的條件為止。

圖像壓縮加密聯(lián)合機(jī)制的第二步，是用事先確定的密鑰，采用AES加密算法，對(duì)壓縮編碼結(jié)果(碼流)加密。然后，通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送打包后的編碼頭信息與加密結(jié)果。在圖像加密壓縮流的傳輸過程中，即便竊聽者非法獲取編碼頭信息和相應(yīng)的數(shù)據(jù)流，由于加密數(shù)據(jù)流的存在，他也不可能從中獲得關(guān)于圖像的任何信息，從而達(dá)到保護(hù)圖像內(nèi)容的目的。

2、解碼　

解碼是編碼的逆過程。接收端打開相應(yīng)的數(shù)據(jù)包，獲得編碼頭信息與加密數(shù)據(jù)流。用正確的密鑰和AES加密算法對(duì)加密數(shù)據(jù)流解密，得到原始?jí)嚎s編碼數(shù)據(jù)流。根據(jù)編碼頭信息，對(duì)壓縮編碼數(shù)據(jù)流執(zhí)行EZW的解碼過程，小波系數(shù)被放置到系數(shù)矩陣的合適位置。對(duì)小波系數(shù)矩陣逆變換，重構(gòu)出所傳輸?shù)膱D像。

二、結(jié)合EZW與AES的圖像加密機(jī)制的優(yōu)點(diǎn)

（1）從安全的角度看，攻擊者往往利用明文中的冗余信息。圖像壓縮算法充分去除原始圖像中的相關(guān)性。因此，在加密之前壓縮圖像，極大減少了攻擊者利用數(shù)據(jù)冗余進(jìn)行明文攻擊的可能。在我們的聯(lián)合加密機(jī)制中，離散小波變換具有良好的去相關(guān)性，之后對(duì)系波系數(shù)矩陣采用EZW，使得明文攻擊的可能性降低。

（2）對(duì)EZW編碼結(jié)果采用AES加密處理，充分利用AES的優(yōu)勢(shì)，不僅2幅不同圖像的加密碼流恢復(fù)圖像完全不同，即便是2幅相同圖像，在不同的比特率或者采用不同的密鑰時(shí)，從加密碼流恢復(fù)的圖像也完全不一樣，因此具有良好的抗攻擊能力。

（3）該機(jī)制具有靈活性。依據(jù)不同應(yīng)用，使用者可以選擇不同的小波。也可以為壓縮的數(shù)據(jù)流選擇不同的加密算法，所得到的加密壓縮流的安全性與所采用加密算法的安全性相等。

針對(duì)網(wǎng)絡(luò)中圖像安全傳輸?shù)男枨螅疚氖状螌ZW和AES相結(jié)合，提出具有實(shí)用價(jià)值的圖像壓縮加密聯(lián)合機(jī)制。并通過對(duì)機(jī)制性能的檢驗(yàn)，表明在具有較高壓縮比的同時(shí)，增加了碼流在傳輸過程中的安全性。

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