基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究

1、本科學生畢業(yè)論文設(shè)計題目(中 文):基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究(英 文):Scrambling Research of Digital Image Based on Zig-Zag姓 名 學 號 院 系電子工程系專業(yè)、年級電子信息工程 級指導(dǎo)教師 湖南科技學院本科畢業(yè)論文設(shè)計誠信聲明本人鄭重聲明：所呈交的本科畢業(yè)論文設(shè)計，是本人在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)下，獨立進行研究工作所取得的成果，成果不存在知識產(chǎn)權(quán)爭議，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本論文不含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的作品成果。對本文的研究做出重要奉獻的個人和集體均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承當

2、。 本科畢業(yè)論文設(shè)計作者簽名：二 一 三 年 月 日 畢業(yè)論文設(shè)計任務(wù)書課題名稱：基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究學生姓名： 系 別：電子工程系專 業(yè)：電子信息工程指導(dǎo)教師： 主題詞、關(guān)鍵詞： 數(shù)字圖像置亂 ，Arnold變換，面包師變換，zig-zag變換，置亂周期，置亂度2、畢業(yè)論文設(shè)計內(nèi)容要求：學習matlab軟件相關(guān)知識，掌握根本的matlab編程知識；掌握基于Arnold變換、面包師變換、zig-zag變換數(shù)字圖像置亂的原理；對zig-zag置亂變換進行改良；對幾種圖像置亂后的效果進行比照并總結(jié)。3、文獻查閱指引：主要參考資料：1 邵利平，蒙清照，李春枚，王旭.圖像置亂方法綜述J

3、.西安交通大學電子與信息工程學 院電子商務(wù)研究所，2021年4月：22-262 高守平.數(shù)字圖像的置亂技術(shù)J.郴州師范高等?？茖W校計算機系，湖南郴州，2002年4月：69-733 劉建華，李燕，張昌年.數(shù)字圖像置亂技術(shù)及其Matlab實現(xiàn)J.桂林航天工業(yè)高等?？茖W校學報J，2002年第四期：9-154 朱秀昌，劉峰，胡棟.數(shù)字圖像處理與圖像通信(修訂版)M.北京郵電大學出版. 2002年5月：107-1085 徐獻靈，崔楠.數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)綜述J.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院電子與信息工程系，2021年3月：32-396 Qi Dong-Xu , Zou Jiang-Cheng, H an Xi

4、ao-You. A new class of scrambling transformation and its application in the image information covering. Science in China( Series E) , 2000, 43( 3) : 304- 3127 丁瑋，閆偉齊，齊東旭.基于Arnold變換的數(shù)字圖像置亂技術(shù)J.中國科學院計算技術(shù)研究所CAD開放研究實驗室，2001年4月第4期：338-3418 田云凱，賈傳熒，王慶武.基于Arnold變換的圖像置亂及其恢復(fù)J.大連海事大學學報，2006年11月第4期：107-1089 趙學峰

5、.基于面包師變換的數(shù)字圖像置亂J.西北師范大學學報(自然科學版) 2003年第2期：26-2910鄒建成，齊東旭，熊昌鎮(zhèn).基于面包師變換的數(shù)字圖象加密J.北方工業(yè)大學理學院、CAD研究中心，2003年3月第1期：6-1611趙紅，溫文雅.數(shù)字圖像置亂技術(shù)綜述J.漳州師范學院計算機科學與工程系，2007年：10-124、畢業(yè)論文設(shè)計進度安排：查文獻，學習Matlab軟件的相關(guān)知識，掌握Matlab的根本編程知識； 2 2012年12月 15 日至12月20日 選題 3 2012年12月22日至12月26日 開題 4 2012年12月28日至2012年1月10日 查找資料 5 2013年1月 10

6、 日至2月28日 理論研究 6 2013年3月 1 日至3月20日 系統(tǒng)的實現(xiàn) 7 2013年4月7日至4月13日 中期檢查 8 2013年4月 14日至4月25日 成果驗收 9 2013年4月26日至5月 4 日 論文初稿 102013年5月5日 至5月8日 論文定稿，準備辯論教研室意見： 負責人簽名： 注：本任務(wù)書一式三份，由指導(dǎo)教師填寫，經(jīng)教研室審批后一份下達給學生，一份交指導(dǎo)教師，一份留系里存檔。湖南科技學院本科畢業(yè)論文設(shè)計開題報告書論文設(shè)計題目基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究作 者 姓 名符湘萍所屬系、專業(yè)、年級 電子工程系 電子信息工程 專業(yè) 2021 年級指導(dǎo)教師姓名、職稱周

7、 玲 講師預(yù)計字數(shù)10000開題日期2012-12-24選題的根據(jù)：1說明本選題的理論、實際意義2綜述國內(nèi)外有關(guān)本選題的研究動態(tài)和自己的見解1本選題的理論、實際意義 選擇本課題的意義在于基于Zig-Zag掃描的空域圖像置亂新算法與傳統(tǒng)的圖像置亂算法相比,置亂后的圖像不僅直方圖發(fā)生了顯著改變,而且置亂圖像的統(tǒng)計特征更像白噪聲,對圖像文件的加密傳輸和秘密圖像信息在數(shù)字水印技術(shù)中的置亂預(yù)處理有重要意義。 2國內(nèi)外有關(guān)本選題的研究動態(tài)和自己的見解數(shù)字圖像置亂技術(shù)可分為基于圖像位置空間、基于圖像色彩空間和基于圖像頻域空間的置亂。目前已有很多文獻提出了數(shù)字圖像置亂的算法，使用較多的圖像置亂方法主要有：Ar

8、nold變換、幻方變換、Hilbert曲線變換等方法，算法實現(xiàn)較為復(fù)雜，置亂效果不是很理想。對于數(shù)字圖像，有兩種有效的保護技術(shù)。其一是近年來開展起來的數(shù)字水印技術(shù)。其二是圖像加密技術(shù)。圖像置亂技術(shù)在數(shù)字圖像加密中有著廣泛應(yīng)用。作為一種圖像加密技術(shù)它主要通過改變原圖像中各像素位置或改變像素灰度值的方式到達對圖像信息進行隱藏的目的。原有的置亂技術(shù)無法防止灰度直方圖猜想破譯，本文提出的基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)及改良后的Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)能夠克服這方面的缺陷。主要內(nèi)容： 本文主要介紹了基于Arnold變換、面包師變換、zig-zag變換數(shù)字圖像置亂技術(shù)的原理，并對zig-zag置亂變

9、換進行了改良。同時也對其周期性，置亂度做詳細研究，提出了兩種基于Zig-Zag掃描的空域圖像置的算法。論文主要結(jié)構(gòu)如下：1 數(shù)字圖像概述2 數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)3 數(shù)字圖像置亂方法4 數(shù)字圖像置亂效果分析5 結(jié)論研究方法：掌握數(shù)字圖像的三種置亂方法Arnold 變換置亂、面包師變換置亂、zig-zag變換置亂。利用三種置亂方法對圖片進行置亂。利用改良的zig-zag置亂變換對圖片進行置亂，并比擬幾種方法進行置亂后的效果，加以分析。查閱國內(nèi)外最新資料，開拓視野，對已有的成果加以分析利用。虛心向?qū)熀屯瑢W學習，不斷積累知識，再運用所學知識，完成論文。完成期限和采取的主要措施： 2021年12月，查

10、閱資料并選題及寫好開題報告；2021年1月至4月，查閱資料，動手實踐，盡量完成論文初稿；2021年5月，畢業(yè)論文修改，定稿，準備辯論。 采取的主要措施：嚴格遵照?湖南科技學院畢業(yè)論文 (設(shè)計)工作管理方法?的指示精神，結(jié)合個人的實際情況，我完成這項設(shè)計所采取的主要措施有兩條： 一是密切聯(lián)系：聯(lián)系本組設(shè)計成員及畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)導(dǎo)師，尋求有關(guān)畢業(yè)設(shè)計信息，確定設(shè)計課題方向與設(shè)計內(nèi)容； 二是虛心學習：利用課余時間到圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查閱資料，并虛心向老師請教和同學進行學習交流，保障畢業(yè)設(shè)計的順利完成。主要參考資料：1 邵利平，蒙清照，李春枚，王旭.圖像置亂方法綜述J.西安交通大學電子與信息工程學院電子商務(wù)研

11、究所，2021年4月：22-262 高守平.數(shù)字圖像的置亂技術(shù)J.郴州師范高等專科學校計算機系，湖南郴州， 2002年4月：69-733 劉建華，李燕，張昌年.數(shù)字圖像置亂技術(shù)及其Matlab實現(xiàn)J.桂林航天工業(yè)高等?？茖W校學報J，2002年第四期：9-154 朱秀昌，劉峰，胡棟.數(shù)字圖像處理與圖像通信(修訂版)M.北京郵電大學出版 2002年5月：107-1085 徐獻靈，崔楠.數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)綜述J.廣東農(nóng)工商職業(yè)技術(shù)學院電子與信息工程系，2021年3月：32-396 Qi Dong-Xu , Zou Jiang-Cheng, H an Xiao-You. A new class of

12、 scrambling transformation and its application in the image information covering. Science in China( Series E) , 2000, 43( 3) : 304- 3127 丁瑋，閆偉齊，齊東旭.基于Arnold變換的數(shù)字圖像置亂技術(shù)J.中國科學院計算技術(shù)研究所CAD開放研究實驗室，2001年4月第4期：338-3418 田云凱，賈傳熒，王慶武.基于Arnold變換的圖像置亂及其恢復(fù)J.大連海事大學學報，2006年11月第4期：107-1089 趙學峰.基于面包師變換的數(shù)字圖像置亂J.西北師范大

13、學學報(自然科學版) 2003年第2期：26-29指導(dǎo)教師意見： 指導(dǎo)教師簽名： 教研室意見： 簽 名： 年 月 日開 題 報 告 會 紀 要時間 2012年12月24日地點三教517與會人員姓 名職務(wù)職稱姓 名職務(wù)職稱姓 名職務(wù)職稱陳澤順副教授張文昭副教授徐曉副教授劉愛林副教授周玲講師劉志壯教授會議記錄摘要：選擇該題的意義？答：對于數(shù)字圖像，有兩種有效的保護技術(shù)，其一是近年來開展起來的數(shù)字水印技術(shù)。但這樣的圖像并不改變圖像的可見性，這對娛樂工業(yè)中涉及知識產(chǎn)權(quán)的鑒定或許是可行的，但對于某些特殊的通信場合，是不適宜的。其二是圖像加密技術(shù)。通過圖像加密操作后，原來的數(shù)字圖像變成類似于信道隨即噪聲的

14、信息，這些信息對不知道密鑰的網(wǎng)絡(luò)竊聽者是不可識別的(除非進行了有效破譯)，進而可以有效的保護傳輸中的圖像數(shù)據(jù)。2目前數(shù)字圖像置亂的方法有哪幾種？答：目前數(shù)字圖像置亂的方法主要有兩種，一是像素位置的置亂，二是像素值的改變。3如何實現(xiàn)對數(shù)字圖像的zig-zag變換置亂？答：要想實現(xiàn)對數(shù)字圖像的zig-zag變換置亂，首先要解決的問題就是實現(xiàn)zig-zag遍歷，由遍歷的圖示順序可以把像素點所在位置分為五類，這樣就把整個圖像的像素點包含了。然后根據(jù)不分類進行不同的遍歷順序，最終全部遍歷。這樣就實現(xiàn)了zig-zag遍歷。會議主持人：記 錄 人：2013年12 月 24 日指導(dǎo)小組意見負責人簽名： 年 月

15、 日系部 意 見負責人簽名：年月日注：此表由學生本人填寫，一式三份，一份留系里存檔，指導(dǎo)老師和本人各保存一份湖南科技學院畢業(yè)論文設(shè)計中期檢查表畢業(yè)論文設(shè)計題 目基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究學生姓名符湘萍學 號202106002335系 別電子工程系專 業(yè)電子信息工程指導(dǎo)教師周 玲檢查日期2013年4月10日指導(dǎo)教師檢查情況記載及修改意見：檢查情況記載： 1、已查閱各種相關(guān)資料，對相關(guān)知識有一定的了解和掌握； 2、論文內(nèi)容較為合理； 3、參考文獻書寫不標準； 4、內(nèi)容過細，重點不突出； 5、關(guān)鍵詞書寫不標準，局部標點符號沒區(qū)分半角和全角； 6、文章圖片注意標明圖標。 修改建議： 1、注意

16、論文格式，請參照湖南科技學院畢業(yè)論文設(shè)計模板； 2、參考文獻按照學校的標準寫，在論文中注明所參照的文獻； 3、刪掉局部次要內(nèi)容，詳細介紹重點內(nèi)容，并進行分析比照； 4、對論文內(nèi)容進行總結(jié)，使文章更有層次。 簽名： 注：此表用于指導(dǎo)教師在學生畢業(yè)論文設(shè)計初稿完成后對學生執(zhí)行任務(wù)書情況進行中期檢查時用，由指導(dǎo)教師填寫。湖南科技學院畢業(yè)設(shè)計論文指導(dǎo)過程記錄表畢業(yè)論文(設(shè)計)題目基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究學生姓名符湘萍學號202106002335專業(yè)班級電信0903指導(dǎo)教師周 玲職稱講師系教研室電子工程系指導(dǎo)過程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(一) Matlab軟件使用。學 生 簽 名： 2021 年1月

17、10日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年1月10日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(二)查閱資料指導(dǎo)： 1、到圖書館查找和借閱與選題有關(guān)的文獻和資料； 2、從網(wǎng)上檢索和下載與選題有關(guān)的文獻和資料。 學 生 簽 名： 2013 年1月24日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年1月24日指導(dǎo)內(nèi)容記錄三)1、題目應(yīng)該簡短、明確、有概括性；2、摘要內(nèi)容應(yīng)包括研究的目的、方法、結(jié)果和結(jié)論；3、關(guān)鍵詞應(yīng)采用能覆蓋論文主要內(nèi)容的通用詞條；4、正文一般應(yīng)包括緒論、論文主體及結(jié)論等局部；5、結(jié)論是畢業(yè)論文的總結(jié)，要求精煉、準確地概述全文的主要觀點。 學 生 簽 名： 2013 年2月9日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年2月9日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(四

18、)論文寫作指導(dǎo)：主體的內(nèi)容應(yīng)包括以下幾個方面：1、畢業(yè)論文總體方案設(shè)計與選擇的論證；2、對本研究內(nèi)容進行較全面、客觀的理論闡述，應(yīng)著重指出本研究內(nèi)容中 的創(chuàng)新、改良與實際應(yīng)用之處；3、論文應(yīng)推理正確，結(jié)論清晰，無科學性錯誤。 學 生 簽 名： 2013 年2月23日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年2月23日指導(dǎo)過程記錄指導(dǎo)內(nèi)容記錄(五)初步開始論文文字局部原理的寫作，參考更多的資料，豐富論文內(nèi)容。學 生 簽 名： 2021 年3月15日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年3月15日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(六)理清該選題研究內(nèi)容的實際意義、創(chuàng)新、改良和特色之處，細化設(shè)計原理、工作過程等主要內(nèi)容。學 生 簽 名：

19、2021 年4月1日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年4月1日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(七)按照畢業(yè)論文撰寫標準排版，參考文獻按照學校的畢業(yè)論文撰寫標準寫，同時在正文中出現(xiàn)的位置以上標的形式標出。學 生 簽 名： 2021 年4月15日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年4月15日指導(dǎo)內(nèi)容記錄(八)論文初步定稿。學 生 簽 名： 2021 年5月6日 指導(dǎo)教師簽名： 2013 年5月6日辯論小組組長意見(對情況是否屬實做出意見) 組長(簽名)： 年 月 日注：本表與畢業(yè)論文一起裝訂存檔。湖南科技學院本科畢業(yè)論文設(shè)計評審表論文題目基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究作者姓名符湘萍所屬系、專業(yè)、年級電子工程 系 電子信

20、息工程 專業(yè) 2021年級指導(dǎo)教師姓名、職稱周 玲 講師字 數(shù)10000定稿日期2021.5.8中 文 摘 要隨著Internet技術(shù)的快速開展，圖像數(shù)據(jù)開始在網(wǎng)上流行，圖像已經(jīng)成為人們表達信息的重要方式之一。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何保障傳輸過程中圖像信息的平安性，是目前信息平安領(lǐng)域的一個重要研究問題。置亂變換既是一種簡單而有效的圖像加密方法，又是一種常用的圖像隱藏預(yù)處理方法，該文首先解析了圖像置亂變換的定義以及兩種根底的種置亂變換：Arnold變換和面包師變換。在此根底上又提出了一種新的基于zig-zag的置亂變換，并且對其進行了改良，這個改良是利用一個密鑰和圖像每個像素點的灰度值進行異或運算。這樣

21、的改良主要是為了克服原有方法置亂后不改變灰度直方圖的缺點。以及這幾種變換的周期和圖像置亂程度的衡量方法，闡述了圖像置亂加密技術(shù)研究進展情況，指出了置亂技術(shù)今后將繼續(xù)研究的方向。關(guān)鍵詞數(shù)字圖像置亂，Arnold變換，面包師變換，zig-zag變換，置亂周期，置亂度英文摘要 With the rapid development of the Internet technique, image data have became popular, and images have been the important way to express messages. How to ensure the

22、security of image information in transmission process in network is an important field of information security research. Scrambling transform is not only a simple and efficient method for image encrypting , but also a common preprocessing means of image hiding. At first,the definition of digital ima

23、ge scrambling transformation is described in two ways in this paper: Arnold transformation and baker transformation.On this basis, I proposed a new zig-zag scrambling transformation and modification was carried out,This modification is the use of a key and the image gray value of each pixel XOR.This

24、 modification is mainly to overcome the weakness that the original method of scrambling transformations did not change the Grayscale histogram after the scrambling.The period and the degree of the scrambling transformations are also discussed, some important algorithms are proposed,and the future di

25、rection in this field is indicated finally.關(guān)鍵詞Digital image scrambling,Arnold transformation,baker transformation, zig-zag transformation, scrambling period, scrambling degree.指導(dǎo)教師評定成績評審基元評審要素評審內(nèi)涵總分值指導(dǎo)教師實評分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，表達學科、專業(yè)特點和教學方案的根本要求，到達畢業(yè)論文設(shè)計綜合訓練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價值符合本學科的理論開展，有一定的學術(shù)意義；對

26、經(jīng)濟建設(shè)和社會開展的應(yīng)用性研究中的某個理論或方法問題進行研究，具有一定的實際價值。10選題恰當題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。5能力水平40%查閱文獻資料能力能獨立查閱相關(guān)文獻資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運用知識能力能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進行整理和運用；能對其科學論點進行論證。10研究方案的設(shè)計能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的運用能力能運用本學科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段如計算機、實驗儀器設(shè)備等進行實驗、實踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目特殊專業(yè)除外

27、表達一定的外語水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作標準符合學術(shù)論文的根本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用標準化、符合標準。10論文篇幅10000字左右。5實評總分 成績等級 指導(dǎo)教師評審意見：指導(dǎo)教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為不及格評閱教師評定成績評審基元評審要素評審內(nèi)涵總分值評閱教師實評分選題質(zhì)量25%目的明確符合要求選題符合專業(yè)培養(yǎng)目標，表達學科、

28、專業(yè)特點和教學方案的根本要求，到達畢業(yè)論文設(shè)計綜合訓練的目的。10理論意義或?qū)嶋H價值符合本學科的理論開展，有一定的學術(shù)意義；對經(jīng)濟建設(shè)和社會開展的應(yīng)用性研究中的某個理論或方法問題進行研究，具有一定的實際價值。10選題恰當題目規(guī)模適當，難易度適中；有一定的科學性。5能力水平40%查閱文獻資料能力能獨立查閱相關(guān)文獻資料，歸納總結(jié)本論文所涉及的有關(guān)研究狀況及成果。10綜合運用知識能力能運用所學專業(yè)知識闡述問題；能對查閱的資料進行整理和運用；能對其科學論點進行論證。10研究方案的設(shè)計能力整體思路清晰；研究方案合理可行。5研究方法和手段的運用能力能運用本學科常規(guī)研究方法及相關(guān)研究手段如計算機、實驗儀器設(shè)

29、備等進行實驗、實踐并加工處理、總結(jié)信息。10外文應(yīng)用能力能閱讀、翻譯一定量的本專業(yè)外文資料、外文摘要和外文參考書目特殊專業(yè)除外表達一定的外語水平。5論文質(zhì)量35%文題相符較好地完成論文選題的目的要求。5寫作水平論點鮮明；論據(jù)充分；條理清晰；語言流暢。15寫作標準符合學術(shù)論文的根本要求。用語、格式、圖表、數(shù)據(jù)、量和單位、各種資料引用標準化、符合標準。10論文篇幅10000字左右。5實評總分 成績等級 評閱教師評審意見： 評閱教師簽名： 說明：評定成績分為優(yōu)秀、良好、中等、及格、不及格五個等級，實評總分90100分記為優(yōu)秀，8089分記為良好，7079分記為中等，6069分記為及格，60分以下記為

30、不及格。湖南科技學院本科畢業(yè)論文設(shè)計辯論記錄表論文題目基于Zig-Zag的圖像置亂技術(shù)研究作者姓名符湘萍所屬系、專業(yè)、年級電子工程系 電子信息工程專業(yè) 2021年級指導(dǎo)教師姓名、職稱周 玲 講師答 辯 會 紀 要時間2013年 5 月 18 日地點三教707答辯小組成員姓 名職務(wù)職稱姓 名職務(wù)職稱姓 名職務(wù)職稱周玲講師劉愛林副教授徐曉副教授陳澤順副教授 劉志壯教授張文昭副教授辯論中提出的主要問題及答復(fù)的簡要情況記錄：1、什么是Zig-Zag變換置亂？劉志壯老師答：假設(shè)數(shù)字圖像相應(yīng)于N階矩陣，將A中的元素1移到元素2的位置，將元素2移到元素3的位置等，依次類推反復(fù)進行移動，并把第個元素移到第一個

31、元素的位置上。經(jīng)過這樣的移動置亂，矩陣A變換成了矩陣，即完成了一次置亂。再對重復(fù)同樣的變換過程可得，.，這便是這一系列的置亂過程。經(jīng)過這種對圖像像素的位置的移動，攪亂了像素在圖像中的排列位置，使圖像變的雜亂無章，從而到達對圖像加密的目的。2、zig-zag變換置亂有什么特點？劉志壯老師答：基于zig-zag數(shù)字圖像置亂具有周期性，它的周期等于，當圖像空間大小變大的時候置亂周期將顯著增大，大的周期就為加密提供了一個更大的密鑰空間，從這點看加密的平安性高；這種方法也可以和其他方法結(jié)合起來從而提高平安性；與傳統(tǒng)的圖像置亂算法相比，置亂后的圖像直方圖發(fā)生了顯著改變。3、除了zig-zag變換還有哪些方

32、法可以實現(xiàn)數(shù)字圖像的置亂？劉志壯老師答：本文首先介紹了兩種比擬有代表意義的置亂方法，即Arnold變換置亂和面包師面包師置亂，在此根底上又提出了基于zig-zag變換置亂的方法，并提出了一些改良。會議主持人：記 錄 人：年 月 日答辯小組意見評語：評定等級： 負責人簽名： 年 月 日系學位委員會意見評語：論文設(shè)計最終評定等級：負責人簽名： 系部公章 年月 日校學位委員會意見評語：評定等級： 負責人簽名： 年月 日目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc13303 緒論 PAGEREF _Toc13303 1 HYPERLINK l _Toc25807 1數(shù)字圖像概述

33、PAGEREF _Toc25807 3 HYPERLINK l _Toc18587 1.1圖像信息的特點 PAGEREF _Toc18587 3 HYPERLINK l _Toc15338 1.2數(shù)字圖像的分類和表示 PAGEREF _Toc15338 3 HYPERLINK l _Toc16599 2 數(shù)字圖像置亂加密技術(shù) PAGEREF _Toc16599 5 HYPERLINK l _Toc9394 2.1 圖像置亂變換的定義 PAGEREF _Toc9394 5 HYPERLINK l _Toc13229 2.2 圖像置亂變換的周期 PAGEREF _Toc13229 6 HYPERL

34、INK l _Toc24524 2.3 圖像置亂變換的置亂程度 PAGEREF _Toc24524 6 HYPERLINK l _Toc30252 3 數(shù)字圖像置亂方法 PAGEREF _Toc30252 9 HYPERLINK l _Toc12546 3.1 Arnold 變換置亂 PAGEREF _Toc12546 9 HYPERLINK l _Toc23566 3.1.1 Arnold 變換定義 PAGEREF _Toc23566 9 HYPERLINK l _Toc2036 3.1.2 Arnold變換的原理 PAGEREF _Toc2036 9 HYPERLINK l _Toc322

35、71 3.1.3 Arnold變換的周期 PAGEREF _Toc32271 10 HYPERLINK l _Toc27525 3.2 面包師變換置亂 PAGEREF _Toc27525 11 HYPERLINK l _Toc15422 3.2.1面包師變換定義及其置亂原理 PAGEREF _Toc15422 11 HYPERLINK l _Toc9590 3.2.2圖像加密算法描述 PAGEREF _Toc9590 12 HYPERLINK l _Toc9110 3.3 zig-zag變換置亂 PAGEREF _Toc9110 13 HYPERLINK l _Toc22538 3.3.1 z

36、ig-zag變換定義及原理 PAGEREF _Toc22538 13 HYPERLINK l _Toc22946 3.3.2 zig-zag變換周期 PAGEREF _Toc22946 13 HYPERLINK l _Toc13743 3.3.3 zig-zag變換的改良 PAGEREF _Toc13743 14 HYPERLINK l _Toc1528 4 數(shù)字圖像置亂效果分析 PAGEREF _Toc1528 15 HYPERLINK l _Toc4859 4.1 zig-zag置亂變換 PAGEREF _Toc4859 15 HYPERLINK l _Toc12492 4.1.1對于像素

37、大小為6464的圖片進行置亂 PAGEREF _Toc12492 15 HYPERLINK l _Toc3452 4.1.2對于像素大小為128128的圖片進行置亂 PAGEREF _Toc3452 16 HYPERLINK l _Toc1778 4.1.3對于像素大小為256256的圖片進行置亂 PAGEREF _Toc1778 17 HYPERLINK l _Toc5682 4.2 改良的zig-zag置亂變換 PAGEREF _Toc5682 19 HYPERLINK l _Toc14077 4.3 zig-zag置亂變換相關(guān)數(shù)據(jù) PAGEREF _Toc14077 21 HYPERLI

38、NK l _Toc25769 結(jié)論 PAGEREF _Toc25769 23 HYPERLINK l _Toc30825 參考文獻 PAGEREF _Toc30825 24 HYPERLINK l _Toc16397 附錄 PAGEREF _Toc16397 25 HYPERLINK l _Toc5352 致謝 PAGEREF _Toc5352 30基于ZigZag的圖像置亂技術(shù)研究摘 要隨著Internet技術(shù)的快速開展，圖像數(shù)據(jù)開始在網(wǎng)上流行，圖像已經(jīng)成為人們表達信息的重要方式之一。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，如何保障傳輸過程中圖像信息的平安性，是目前信息平安領(lǐng)域的一個重要研究問題。置亂變換既是一種簡單而

39、有效的圖像加密方法，又是一種常用的圖像隱藏預(yù)處理方法，該文首先解析了圖像置亂變換的定義以及兩種根底的置亂變換：Arnold變換和面包師變換。在此根底上又提出了一種新的基于zig-zag的置亂變換，并且對其進行了改良，這個改良是利用一個密鑰和圖像每個像素點的灰度值進行異或運算。這樣的改良主要是為了克服原有方法置亂后不改變灰度直方圖的缺點。以及這幾種變換的周期和圖像置亂程度的衡量方法，闡述了圖像置亂加密技術(shù)研究進展情況，指出了置亂技術(shù)今后將繼續(xù)研究的方向?！娟P(guān)鍵詞】：數(shù)字圖像置亂Arnold變換面包師變換zig-zag變換置亂周期置亂度 Scrambling Research of Digital

40、 Image Based on Zig-ZagAbstractWith the rapid development of the Internet technique, image data have became popular, and images have been the important way to express messages. How to ensure the security of image information in transmission process in network is an important field of information sec

41、urity research.Scrambling transform is not only a simple and efficient method for image encrypting , but also a common preprocessing means of image hiding. At first,the definition of digital image scrambling transformation is described in two ways in this paper: Arnold transformation and baker trans

42、formation.On this basis, I proposed a new zig-zag scrambling transformation and modification was carried out,This modification is the use of a key and the image gray value of each pixel XOR.This modification is mainly to overcome the weakness that the original method of scrambling transformations di

43、d not change the Grayscale histogram after the scrambling.The period and the degree of the scrambling transformations are also discussed, some important algorithms are proposed,and the future direction in this field is indicated finally.【Key words】Digital image scrambling Arnold transformation baker

44、 transformation zig-zag transformation scrambling period scrambling degree緒論 近年來，隨著寬帶網(wǎng)的開展，圖像數(shù)據(jù)開始在網(wǎng)上流行。圖像信息形象生動,它已經(jīng)成為人們表達信息的重要表達方式之一?？墒?，網(wǎng)絡(luò)上的圖像數(shù)據(jù)有很多是要求發(fā)送方和接收方要進行保密通信的，如軍用衛(wèi)星所拍攝的圖片、軍用設(shè)施圖紙、新型武器圖、金融機構(gòu)的建筑圖紙等。還有些圖像信息，如在遠程醫(yī)療系統(tǒng)中，醫(yī)院中患者的病歷(其中包括患者的圖片)，根據(jù)法律必須要在網(wǎng)絡(luò)上加密前方可傳輸。不言而喻，由因特網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)不但方便快捷，不受地域限制，而且省時省力，節(jié)約開支，提

45、高效率。但由于某些圖像數(shù)據(jù)的特殊性，即發(fā)送和接收雙方都不希望網(wǎng)絡(luò)上所傳輸?shù)膱D像數(shù)據(jù)被未授權(quán)者所瀏覽或處理，這些圖像信息不但涉及個人隱私，而且有的涉及到國家平安，因而圖像數(shù)據(jù)的保護越來越受到社會的普遍重視1。 對于數(shù)字圖像，有兩種有效的保護技術(shù)。其一是近年來開展起來的數(shù)字水印技術(shù)。通過在數(shù)字圖像中嵌入數(shù)字水印信息可以較為有效的實現(xiàn)數(shù)字圖像版權(quán)保護，但這樣的圖像并不改變圖像的可見性，這對娛樂工業(yè)中涉及知識產(chǎn)權(quán)的鑒定或許是可行的，但對于某些特殊的通信場合，例如軍用衛(wèi)星攝取的圖片，患者的病歷等的傳輸以及娛樂工業(yè)中產(chǎn)品的網(wǎng)絡(luò)發(fā)送等是不適宜的。其二是圖像加密技術(shù)。通過圖像加密操作后，原來的數(shù)字圖像變成類似

46、于信道隨機噪聲的信息，這些信息對不知道密鑰的網(wǎng)絡(luò)竊聽者是不可識別的(除非進行了有效破譯)，進而可以有效的保護傳輸中的圖像數(shù)據(jù)。隨著人們對知識產(chǎn)權(quán)的重視及娛樂工業(yè)的開展，可以預(yù)見，圖像加密技術(shù)會有廣闊的應(yīng)用前景。然而數(shù)字圖像置亂技術(shù)是加密的重要方法2。 隨著多媒體技術(shù)、信息存儲技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)的開展，數(shù)字圖像已成為人們獲取信息的主要手段。網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)字圖像是紛繁蕪雜的，它們有可能涉及軍事機密、商業(yè)秘密或者個人隱私，如何保護這些圖像的平安已經(jīng)成為各界廣為關(guān)注的問題。經(jīng)典密碼學對于一維數(shù)據(jù)流提供了很好的加密算法，DES 、RSA等著名密碼系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。但這些系統(tǒng)往往無視了數(shù)字圖像的一些特殊性質(zhì)如

47、二維的自相似性、大數(shù)據(jù)量等。圖像置亂技術(shù)早期是對模擬圖像的位置空間做置換，可以看作從經(jīng)典密碼學中的單表系統(tǒng)擴展而來。對于數(shù)字化的圖像，置亂過程不僅可以在數(shù)字圖像的空間域(色彩空間、位置空間)上進行，還可以在數(shù)字圖像的頻域上進行。數(shù)字圖像置亂即是對數(shù)字圖像的一種加密方法，它使得合法使用者可以自由控制算法的選擇、參數(shù)的選擇以及使用隨機數(shù)技術(shù)，這就加大了攻擊者非法破譯的難度?？臻g域的圖像置亂是利用某種算法將一幅圖像各像素的次序打亂，但像素的總個數(shù)不變，直方圖不變，使一幅圖像變得“面目全非3。目前，數(shù)字圖像置亂的方法主要有：像素位置的置亂：利用相應(yīng)算法在保證像素總個數(shù)不變的根底上將一幅圖像各像素的次序

48、打亂。典型的像素位置置亂算法有：幻方變換、Hilbert曲線、仿射變換、Arnold變換、面包師變換、zig-zag變換等。像素值的改變：利用置亂算法改變像素值。如基于Gray變換、廣義gray變換等圖像置亂方法均是改變圖像像素值的置亂方法。傳統(tǒng)的圖像置亂算法如基于Arnold變換的數(shù)字圖像置亂、面包師變換數(shù)字圖像置亂等都是將圖像中像素的位置重新排列，從而使原始圖像變換成一個雜亂無章的新圖像。但是，其本身的像素值并未發(fā)生改變，所以置亂后圖像的灰度直方圖都不發(fā)生改變，這點是這些方法的共同缺點，而灰度直方圖又是衡量一幅圖像的重要特征，灰度直方圖不變就為直接從灰度直方圖猜想原圖提供了可能性，對于那些

49、對平安性要求比擬高的領(lǐng)域，如軍事或牽涉到國家平安的機構(gòu)。這類置亂方法的平安性可能達不到人們期望的要求。 本文提出了兩種基于Zig-Zag掃描的空域圖像置的算法：算法一：該算法首先對原始圖像進行Zig-Zag掃描，然后按照遍歷的順序?qū)D像中第一個遍歷的元素移到第二個遍歷元素的位置，將第二個遍歷的元素移到低第三個遍歷的元素的位置等等，依次類推反復(fù)進行移動，并把第最后一個元素移到第一個元素的位置上。經(jīng)過這樣的移動置亂，即完成了一次置亂?？梢赃x擇把置亂的次數(shù)key1作為加密的密鑰。算法二：該算法主要是在算法一的根底上針對置亂前后圖像的灰度直方圖不改變這個缺點而提出來的，實為算法一的改良。該算法是在完成

50、了算法一以后再把經(jīng)過key1置亂后的圖形的每個像素的灰度值與key2進行異或。這樣以后就改變了像素點的灰度值，從而提高圖像置亂效果。實驗結(jié)果說明，該算法與傳統(tǒng)的圖像置亂算法相比，置亂后的圖像直方圖發(fā)生了顯著改變，更加適用于圖像文件的加密傳輸。不僅這樣還因為這種方法有兩個獨立的密鑰使破譯的難度比只有一個密鑰大大增加。1數(shù)字圖像概述1.1圖像信息的特點 人們經(jīng)常接觸到的信息主要有三類：語言、文本和圖像信息。其中，語音和簡單的圖像(圖形)是人類最早應(yīng)用于信息交流的種方式。然后隨著社會的開展，出現(xiàn)了表達某種特定信息的符號，即文字，文本。這里所說的圖像信息的特點，是與語音、文本信息相比擬而言的，并且僅從

51、人們對這些信息的發(fā)出、接受、理解和表達等方式方面的不同考慮的。和語音、文本信息相比擬，圖像信息(這里主要指自然場景圖像，不包括某些特殊的圖形、標記或圖標)主要有以下三方面的特點：一、圖像的直觀性強。在一般的情況下列圖像是外界場景的直接反映，它的內(nèi)容和眼睛直接觀察到的、呈現(xiàn)在人們腦海中的印象非常接近。因而圖像信息使人們一看就懂，直觀性很強，幾乎于“所見即所得，不需要經(jīng)過思維的特別“轉(zhuǎn)換，幾乎可以直接被人理解。二、圖像信息的信息量特別大。例如一幅512*512個像素組成的一幅灰度圖像，其灰度級用8位二進制來表示，那么有=256個灰度級，那么每個像素都需要8位來表征其灰度值，這幅圖的信息量即為512

52、*512*82097152位。如果是彩色圖像，其量化級更高，數(shù)據(jù)量會更大。三、圖像信息(尤其是自然場景圖像)確實切性不十分好，存在一定的模糊性，這是相對于語音和文本信息而言的。例如，面對同一副圖像，不同的觀察者會有不同的理解和感受，甚至有可能給出不同的解釋，如讓他們寫下各自觀察的內(nèi)容，那么幾乎是各不相同4。1.2數(shù)字圖像的分類和表示 圖像的存在方式是多種多樣的，就其本質(zhì)來說可將圖像分為兩大類：一是模擬圖像：包括光學圖像、電視圖像等，對模擬圖像的處理速度塊，但精度和靈活性差，不易查找和判斷。二是數(shù)字圖像：數(shù)字圖像是將連續(xù)的模擬圖像經(jīng)過離散化處理后得到的計算機能夠辯識的點陣圖像。嚴格的說，數(shù)字圖像

53、是經(jīng)過等距離矩形網(wǎng)格采樣，對幅度進行等間隔量化的二維函數(shù)，因此，數(shù)字圖像實際上就是被量化的二維采樣數(shù)組。數(shù)字化圖像按照記錄方式又可分為矢量圖像和位圖圖像。前者用數(shù)學的矢量方式來記錄圖像內(nèi)容，以線條和色塊為主，其優(yōu)點是縮放不會失真，精度較高，易于制作3D圖像；缺點是不易制成色調(diào)豐富或色彩變化太多的圖像，且繪出來的圖形不是很逼真，不易在不同的軟件間交換文件。后者是將圖像的每一個像素點轉(zhuǎn)換為一個數(shù)據(jù)，易于制成色調(diào)豐富的圖像，可很逼真的表示自然景象，易于在不同軟件間交換文件；但缺點是在縮放和旋轉(zhuǎn)時易失真。還可以根據(jù)采樣數(shù)目及特性的不同數(shù)字圖像可以劃分為： 二值圖像(Binary Image)：圖像中每

54、個像素的亮度值(Intensity)僅可以取自0到1的圖像?；叶葓D像(Gray Scale Image)，也稱為灰階圖像：圖像中每個像素可以由0(黑)到255(白)的亮度值表示。0-255之間表示不同的灰度級。 彩色圖像(Color Image)：每幅彩色圖像是由三幅不同顏色的灰度圖像組合而成，一個為紅色，一個為綠色，另一個為藍色。立體圖像(Stereo Image)：立體圖像是一物體由不同角度拍攝的一對圖像，通常情況下我們可以用立體像計算出圖像的深度信息。三維圖像(3D Image)：三維圖像是由一組堆棧的二位圖像組成。每一幅圖像表示該物體的一個橫截面。數(shù)字圖像也用于表示在一個 HYPERL

55、INK :/baike.baidu /view/530652.htm t _blank 三維空間分布點的數(shù)據(jù)，例如計算機斷層掃描(CT)設(shè)備生成的圖像，在這種情況下，每個數(shù)據(jù)都稱作一個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1237346.htm t _blank 體素。一幅數(shù)字圖像是由假設(shè)干個數(shù)據(jù)點組成，這些數(shù)據(jù)點稱為像素(pixel)，像素是構(gòu)成數(shù)字圖像的最小單位。一幅二維平面上的圖像可以用一個二元函數(shù)：I=f(x，y)來表示，(x，y)表示二維空間坐標系中的位置。f(x，y)那么表示圖像在該位置上的點的屬性的度量值，所有點的度量值的有序集合構(gòu)成圖像I。最直觀的是用二

56、維的矩陣來表示數(shù)字圖像，矩陣中各元素所在的行和列就是數(shù)字圖像顯示在計算機屏幕上的像素點的坐標，矩陣中各元素的值就是數(shù)字圖像對應(yīng)位置像素的度量值灰度值或色彩值。如一幅大小為256*256的圖像，就是由在水平方向上256列像素和垂直方向上256行像素組成的矩形圖。每一個像素具有自己的屬性，如顏色(color)、灰度(gray scale)等。顏色和灰度是決定了一幅圖像的表現(xiàn)力的關(guān)鍵因素。灰度通常分為256級，是單色圖像中像素亮度的表征。顏色量化等級分為單色、四色、16色、256色、24位真彩色等，量化等級越高，那么量化誤差越小，圖像的表現(xiàn)力越強。但是量化等級的增加，勢必會使的數(shù)據(jù)量大大增加。一幅x

57、*y個像素點的數(shù)字圖像，其像素灰度值或色彩值用x行y列的矩陣A來表示，即一副數(shù)字圖像對應(yīng)一個矩陣。如圖1-1所示。將圖像用矩陣來表示，可以借助矩陣的性質(zhì)和變換來研究數(shù)字圖像。 圖1-1 圖像的矩陣表示2 數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)2.1 圖像置亂變換的定義 數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)是指發(fā)送方借助數(shù)學或其他領(lǐng)域的技術(shù)，對一幅有意義的數(shù)字圖像作變換使之變成一幅雜亂無章的圖像，使其變得難以識別，再用于傳輸；在圖像傳輸過程中，非法截獲者無法從雜亂無章的圖像中獲得原圖像信息，從而到達圖像加密的目的；接收方經(jīng)去亂解密，可恢復(fù)原圖像。為了確保圖像的機密性，置亂過程中一般引入密鑰。圖2-1為置亂加密的框圖5。 圖2-1

58、數(shù)字圖像置亂加密技術(shù)框圖定義1 給定圖像A=a(i,j)nm，變換矩陣是T=t(i,j)nm是1，2，.，nm的一種排列，用T作置亂變換，得到圖像B。其變換方法如下：將A與T按行列作一一對應(yīng)，將A中對應(yīng)位置1的像素灰度值或RGB分量值移到對應(yīng)位置2，對應(yīng)位置2的像素灰度值移到對應(yīng)位置3，以此類推，最后將對應(yīng)nm位置的像素灰度值移到對應(yīng)位置1，就得到了按T置亂后的圖像B。圖像A經(jīng)置亂變換T變換到了圖像B，記為B=TA。定義2 給定圖像A=a(i，j)nm，設(shè)變換T是(x,y)：1 x n，1 y m, 且x，y均為整數(shù)到自身的一一映射，即：將圖像A中位置(x,y) 處的元素變換到位置(x,y)處

59、，得到圖像B，那么稱變換T 是圖像A的置亂變換，仍記為B=TA。如式2-1所示： (2-1)從數(shù)學本質(zhì)上看，定義1和2沒有實質(zhì)的區(qū)別，只是使用場合不同。從定義1可以看出，構(gòu)造置亂變換等價于構(gòu)造矩陣T。不同的T 那么形成了不同的置亂變換。從定義2可以看出，構(gòu)造置亂變換就是構(gòu)造(x,y)：1 x n，1 y m，且x,y 均為整數(shù)到自身的一一映射。假設(shè)C=TB=T(TA)=(A)，那么稱C為A迭代置亂兩次的圖像。以此類推，可以進行屢次迭代置亂。一般認為，置亂變換應(yīng)該滿足以下兩個條件：(1)變換是離散點域(x,y)1 x,y N 到其自身的一一映射；(2)變換是離散點域(x,y)1 x,y N 到其

60、自身的滿映射，即變換可逆的。上邊這兩個條件是置亂變換可完成有效置亂的必要條件，即是說只有一一對應(yīng)的，變換結(jié)果可遍歷圖像所有像素點，而且反變換存在的置亂變換才是實際中有效可用的5。2.2 圖像置亂變換的周期 圖像置亂變換的目的在于把圖像變?yōu)橐环盎靵y不堪的圖像，但置亂后如何對圖像進行恢復(fù)也是一個需要考慮的問題。置亂的恢復(fù)一般有兩種方法，一種是利用置亂變換的逆變換，另一種是利用置亂變換的周期。如果用逆變換來進行恢復(fù)，置亂的圖像經(jīng)過一步逆變換就可恢復(fù)為原圖像，恢復(fù)過程較為簡捷，但對逆變換的計算一般都比擬困難，同時還要考慮置亂的迭代次數(shù)，計算過于復(fù)雜，因此一般不考慮用逆變換來恢復(fù)。而用變換的周期進行恢