技术领域
[0001] 本发明涉及一种数字信号加密方法，具体涉及一种彩色图像快速加密方法。
相关背景技术
[0002] 彩色图像作为多媒体数据的一个主要组成部分，为了保证其在传输过程中的安全性，要进行可靠的加密处理。目前许多加密算法仅限于二值图像或者灰度图像。彩色图像数据与一般的文本数据相比，数据信息量大且数据之间的相关度高，加密过程既要考虑主观的视觉效果的改变又要考虑客观的数据之间相关性的改变，加密的运算量大，耗时多；对传输的彩色图像加密要求具有实时性，因此对加密效率的研究显得尤为重要。
[0003] 近年来，很多文章提出了基于混沌系统或超混沌系统的图像加密算法，但是他们更多地在加密的安全性如：密钥空间、像素相关性等方面进行改进和分析，通常都忽视了加密系统的效率。事实上，由于混沌序列的产生本身就需要相当长的时间，即便在加密的时候仅需一次置乱，总的时间也比较长。
[0004] Arnold变换由于加密简单，无需产生加密序列，所以是一种 常用的图像置乱加密技术，但其存在如下缺点：（1）低维的Arnold置乱变换不能改变像素的灰度分布特征，安全性较低，加密效果不理想，且加密及解密的时间依赖加密周期，速度受到周期的限制；
（2）高维的Arnold变换时能改变像素的灰度分布特性，安全性好，但高维的Arnold置乱变换的迭代周期更长，解密效率低；
（3）Arnold变换对图像的形状有要求，Arnold变换运算只适用于方阵，这也大大制约了加密系统的使用范围。
具体实施方式
[0018] 下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：实施例一：参见图1所示，一种彩色图像快速加密方法，基于Arnold变换实现，包括如下步骤：
1）根据图像尺寸对图像进行分块处理处理；
2）利用Arnold变换同时对图像像素的三个基色分量的位置和灰度进行置乱，完成彩色图像的加密；
3）对步骤（2）中的变换进行逆变换，完成对加密图像的解密。
[0019] 本实施例中，所述步骤1）中，设图像的长和宽分别为wm和wn，则 ，将图像分为N块，每块图像的大小为 ，其中， ， 表示取 的最小整数，加密时按照次序一块一块分块加密，若最后一块的长度不足wn，则用已经加密的邻近图像补足长度wn。
[0020] 所述步骤（2）中，设彩色图像的采样数据为一个三维的矩阵W，W(x,y,1)、W(x,y,2)和 W(x,y,3)表示坐标为(x,y)处像素点的三个基色分量的灰度值。W’(x,y,1)、W’(x,y,2)和 W’(x,y,3)表示改变后的灰度值。把坐标为(x,y)处像素点的三个基色分量的值改变后移动到坐标(x’,y’)处。如式（1）所示：（1）
式（1）中，位置(x,y)与(x’,y’)之间的关系按照式（2）转换；灰度值W 与W’ 之间的关系按照式（3）转换：
（2）
（3）。
[0021] 所述步骤（3）中，解密时把坐标为(x’,y’)处像素点的三个基色分量的值改变后移动到坐标处(x,y)处，如式（4）所示，解密过程是加密的一个逆过程，不依赖变换周期，（4）
式（4）中，(x’,y’)与(x,y)之间的位置关系按照式（5）进行逆转换；灰度值W’与W之间的关系按照式（6）进行逆转换：
（5）
（6）。
[0022] 实施例二：参见图2所示，对一幅256×256的彩色图像进行加密和解密处理，其中（a）和（b）分别为加密和解密后的图像，加密和解密共需时间0.703000s，与现有技术相比，效率最高可提高八十多倍。
[0023] 参见图3所示，对同一幅彩色图像采用不同的方法进行加密，其中，（a）为原始图像；（b）为基于二维Arnold变换后加密的图像，该变换只能改变像素的位置，不能改变像素的灰度值；（c）为基于三维Arnold变换后加密的图像，该变换只改变了像素的灰度值，部分区域留有原始图像的轮廓；（d）为本发明技术方案加密的图像，色彩分布均匀，直观效果良好。
[0024] 参见图4所示，表示彩色图像的红色分量的灰度分布特性，图中横轴为灰度级，变换范围为0～255，纵轴为各灰度级对应的像素个数。其中，（a）为原始图像的灰度分布；（b）为二维Arnold变换加密后图像的灰度分布；（c）为三维Arnold变换加密后图像的灰度分布；（d）为本发明技术方案加密图像的灰度分布。可以看出，（b）图的灰度分布与原始图像一样，所以二维Arnold变换加密后图像没有改变灰度分布特性。
[0025] 参见图5所示，对一幅414×187的长方形彩色图像进行加密和解密处理，其中，（a）为原始图像；（b）为加密后的图像；（c）为解密后的图像，加密和解密共耗时0.766000s，可见本发明技术方案加密的图像不受形状的限制。
