CN101409830B - Dct系数块相似性判断、图像加解密方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多个单位DCT系数块相似性判断方法、DCT域图像四叉树结构获取方法和DCT域图像进行局部加解密方法及装置，用以实现多个单位DCT系数块相似性判断、获得DCT域图像四叉树结构以及进行DCT域图像的加解密。其中多个单位DCT系数块相似性判断方法包括：对于所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定块下界和块上界，再当其中的块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值判定多个单位DCT系数块满足相似性。进一步可以建立任意一个DCT域图像的四叉树结构，并利用DCT域图像的四叉树结构进行DCT域图像的加解密。

Description

DCT系数块相似性判断、图像加解密方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，特别涉及一种DCT域图像的处理技术。

背景技术

图像通信是一切多媒体通信的重要组成部分和基础，第三代或第四代移动通信、IPTV(Internet Protocol Television or Interactive Personal Television，IP电视)、数字电视、网上图像传送、多媒体短信等具有巨大市场价值的电信增值业务和互联网(Internet)应用无不依赖图像通信技术。图像通信的一个重要问题是图像内容的加密，目前加密技术发展非常迅速，DES(Digital EncryptionSystem，数字加密系统)、3DES(Triple Digital Encryption System，3维数字加密系统)、AES(Advanced Encryption System，高级数字加密系统)等对称加密技术的发展，使加密强度日益提高，攻破加密的难度日益加大；而已大素数分解、椭圆曲线算法为代表的非对称加密技术则更加难以破解，同时长度不断加长的密钥也使得攻破的难度加大。这些技术提高了图像通信的安全性，但是占用了更多计算处理资源，效率较低。

部分图像加密技术(Partial Image Encryption)将数据按照重要性、安全敏感性等因素分成多类，分别对每一类采用适当的加密算法和参数。部分加密又可以发展成部分分级加密，原理如图1所示，数据被分成最重要数据，采用最高加密强度加密；次重要数据，采用次高加密强度加密；较重要数据，采用较高加密强度加密；非重要数据，采用低/零加密强度加密。对于最低重要性的数据，可以采用零强度加密，即完全不加密，用明文(Plain text，Clear text)传送。因此部分图像加密技术在不影响加密强度的前提下，尽可能降低了加密的计算强度，提高了效率。

重要数据和非重要数据的划分原则很多，其中，图像的空间结构信息是图像内在特性的重要反映，空间结构信息决定了图像在空间上的构成，因为图像是二维信号，构成图像的最小单位是像素，而每个像素由空间位置坐标和灰度值唯一决定，只有灰度信息而没有正确的空间结构信息，是无法正确重构图像的，所以图像空间信息对于图像是非常重要的。由于图像的四叉树(Quadtree)模型能够反映一幅图像的亮度在空间上分布的关系，即反映图像的空间结构信息，所以图像的四叉树结构可以作为图像的重要数据。

按照一定的规则，根据图像的四叉树表示模型(Quadtree Representation ofImage)，可以获取图像四叉树结构，图2和图3给出了获取图像四叉树结构的基本原理。

假设图像的宽度W和高度H都是2的若干整数次方，因此沿着W、H方向可以被2等分若干次。这个假设是合理的，在实际应用中，很多图像格式都适用，比如CIF(Common Interchange Format)格式的图像中：W＝352＝11x2⁵，H＝288＝9x2⁵。VGA(Video Graphic Array)格式的图像中：W＝640＝5x2⁷，H＝15x2⁵。

在不同的图像处理应用中，有不同的划分规则根据图像的四叉树表示模型逐步划分图像，例如如图2所示，将图像正水平和垂直方向进行二等分，形成四个象限，分别为左上(第四象限)、右上(第一象限)、左下(第三象限)、右下(第二象限)，分别对应四个图像块，继续对于每个象限进行类似划分，直到划分出的各叶节点对应的图像块中任意两个位置的像素亮度(或者叫做灰度)值一致(Identical)或者足够相似(Similar Enough)。相似性条件是确定一个门限值T，使得图像块中任意两个像素的亮度值之间的绝对差都小于等于该门限值T。如果图像块满足相似性条件，则不需要继续划分，如果不满足则继续划分，形成如图3所示的多层节点，每个节点对应于一个图像块，如果该图像块下面还细分成更小的图像块，则该节点叫做非叶节点(Non-leafnode)，否则叫做叶节点(Leaf-node)。第0层就只有一个节点，对应初始的整幅图像，叫做根节点(Root-node)，用R表示。

各个节点可以用如下规则编码表示：A表示左上，B表示右上，C表示左下，D表示右下。因此第一层的4个节点编码表示为：A、B、C、D；

而在第二层，图中显示左上图像块被细分。因此这层的4个节点的编码表示是：AA、AB、AC、AD；

同理第三层的4个节点编码表示为：ADA、ADB、ADC、ADD。

对于图像来说，每个叶节点对应的图像块是满足相似性条件而不需要再进一步划分的图像块，这些图像块中的各像素亮度值彼此相似，可以用一个统一的数值来替代，比如所有像素亮度值的平均值、或者中值(Median)。那么在四叉树结构中，四叉树结构的每个叶节点代表一个划分出的图像块，可以用对应图像块的编码唯一表示这个叶节点。

可以按照如下两种顺序中的任何一种来遍历列出所有的(不遗漏并且不重复)叶节点，得到以特定排序(ordering)排列的各叶节点编码信息序列：

1、先序(pre-order)，先序的定义参见计算机科学中的结构相关书籍，这里不具体描述。根据先序规则，可以遍历四叉树中的所有节点，在此省略所有的非叶节点，得到各叶节点编码信息序列。

图3所示四叉树模型中，所有叶节点编码信息序列的先序排序是：AA、AB、AC、ADA、ADB、ADC、ADD、B、C、D。

2、逐层(从左到右)顺序，每个层的叶节点从左至右排列，第0层、第1层、第2层、第3层......，逐层排列下去。

图3所示四叉树模型中，所有叶节点编码信息序列的逐层排序是：B、C、D、AA、AB、AC、ADA、ADB、ADC、ADD。

四叉树结构反映的是图像的一种空间结构，可以用叶节点信息序列进行描述，显然有了图像的四叉树表示，图像的数据可以分成两大部分：

第一、图像的空间结构数据，即图像的四叉树结构，用叶节点信息序列进行描述；

第二、图像的各个像素亮度平均值。

理论上，根据各图像块像素亮度平均值序列，可以得到N幅可能的图像，N是四叉树叶节点数目的指数函数，几乎是天文数字。首先重构这N幅图像几乎是不可能的，另外，即使能够重构出N幅图像，在选择对应原始空间域图像的重构图像时也更加困难。因此如果受到攻击时，只要四叉树结构本身不会被攻破，攻击者无法得到四叉树的信息，而仅凭借得到的各图像块像素亮度平均值序列无法重构图像。因此目前一种主要的方法是对于原始空间域图像获取其四叉树表示，然后将该四叉树结构的描述信息作为重要数据进行加密保护。将各个叶节点对应的图像块像素亮度平均值按照上述排序方法进行排序，形成一个图像像素亮度值的数值序列，该数值序列作为非重要数据不加密或者以次级加密，就可以实现整幅图像的加密和压缩。

本申请发明人发现，目前获取图像四叉树结构都必须在空间域进行，而很多应用场景中，需要在DCT域加密的已压缩图像数据，现有技术无法在DCT域的多个单位DCT系数块进行相似性判断，因而无法根据DCT域图像数据得到DCT域图像四叉树结构，也就无法在DCT域利用图像四叉树结构实现数据的分级加密。

发明内容

本发明实施例提供一种多个单位DCT系数块相似性判断方法及装置，用以实现多个单位DCT系数块相似性判断；

本发明实施例进一步提供一种DCT域图像四叉树结构获取方法及装置，用以根据多个单位DCT系数块相似性判断方法获得DCT域图像四叉树结构；

本发明实施例再进一步提供一种DCT域图像加解密方法及装置，用以根据DCT域图像四叉树结构对DCT域图像进行加密和相应的解密。

一种多个单位DCT系数块相似性判断方法，包括：

对于所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定：

块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

确定多个单位DCT系数块的块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值；并

当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性。

一种DCT域图像四叉树结构的获取方法，包括：

根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像，对划分出的DCT系数块包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分，获取停止划分时形成的DCT域图像四叉树结构。

一种DCT域图像加密方法，包括：

根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像，对划分出的DCT系数块包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分，获取停止划分时形成的DCT域图像四叉树结构；

遍历所述DCT域图像四叉树结构中的各叶节点，获得各叶节点的编码信息序列；

将所述各叶节点的编码信息序列作为重要数据进行加密后形成DCT域图像四叉树结构压缩码流；并

根据所述各叶节点的编码信息序列，置乱DCT系数压缩码流的排列顺序。

一种DCT域图像压缩码流的解密方法，包括：

解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列，所述DCT图像四叉树结构中，每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块的块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数块压缩码流的排列顺序。

一种在DCT域中判断多个单位DCT系数块之间满足相似性的装置，包括：

第一确定单元，用于对所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定块下界和块上界并输出确定结果：

所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

第二确定单元，用于根据所述第一确定单元输出的多个单位DCT系数块的块下界和块上界，确定出块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值并输出；

判定单元，用于从所述第二确定单元接收块下界最小值和块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性。

一种DCT域图像四叉树结构获取装置，包括：

划分单元，用于根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像并输出每一次的划分结果：

相似性判断单元，用于对所述划分单元划分出的每一个节点对应的DCT系数块中包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性；当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时通知所述划分单元停止划分，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

获取单元，用于逐步根据所述划分单元输出的划分结果建立DCT域图像四叉树结构，所述DCT域图像四叉树结构中每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块满足相似性。

一种DCT域图像加密装置，包括：

划分单元，用于根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像并输出每一次的划分结果；

相似性判断单元，用于对所述划分单元划分出的每一个节点对应的DCT系数块中包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性；当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时通知所述划分单元停止划分，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

获取单元，用于逐步根据所述划分单元的输出的划分结果建立DCT域图像四叉树结构，所述DCT域图像四叉树结构中每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块满足相似性；

遍历单元，用于遍历所述DCT域图像四叉树结构中的各叶节点，获取各叶节点的编码信息序列；

第一加密单元，用于将所述各叶节点的编码信息序列作为重要数据进行加密后形成DCT域图像四叉树结构压缩码流；

置乱单元，用于根据所述各叶节点的编码信息序列置乱DCT系数压缩码流的排列顺序。

一种DCT域图像解密装置，包括：

第一解密单元，用于解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列，所述DCT图像四叉树结构中，每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块的块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值，其中，所述块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值，所述块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行，第1列DCT系数和第1行，第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

恢复单元，用于所述第一解密单元解密得到的各叶节点的编码信息序列，恢复DCT图像压缩码流中的各DCT系数压缩码流的排列顺序。

一种包括所述加密装置和/或解密装置的通信设备。

本发明实施例提供的技术方案可以在DCT域中对多个单位DCT系数块之间进行相似性判断，因而可以获取DCT域图像四叉树结构，并进一步利用DCT域图像四叉树结构实现数据的分级加密。本发明技术方案应用在视频通信领域时，网络中间设备比如媒体网关等，在传输DCT域图像时，应用本发明实施例提供的技术方案获取DCT域图像四叉树结构并对图像数据进行分级加密，提行数了DCT域图像的传输效率。

附图说明

图1为现有技术中部分分级加密的原理示意图；

图2为、图3为现有获取图像四叉树结构的基本原理示意图；

图4为本发明实施例中，在DCT域图像分成多个DCT系数块的基本原理示意图；

图5为本发明实施例中，通过多个单位DCT系数块相似性判断方法建立DCT域图像四叉树结构的原理示意图；

图6为本发明实施例中，空间域图像块blk和DCT系数块BLK的对应关系示意图；

图7为本发明实施例中提供的多个单位DCT系数块相似性判断方法主要流程示意图；

图8为本发明实施例提供的多个单位DCT系数块相似性判断装置主要结构示意图；

图9为本发明实施例提供的DCT域图像四叉树结构获取方法主要流程示意图；

图10为本发明实施例提供的DCT域图像四叉树结构获取装置主要结构示意图；

图11为本发明实施例提供的利用的DCT域图像四叉树结构对DCT域图像进行加密和解密的实现原理示意图。

具体实施方式

本发明实施例提供的技术方案可以在DCT域中对多个单位DCT系数块之间进行相似性判断，因而可以获取DCT域图像四叉树结构，并进一步利用DCT域图像四叉树结构实现数据的分级加密。本发明技术方案应用在视频通信领域时，网络中间设备比如媒体网关等，在传输DCT域图像时，应用本发明实施例提供的技术方案获取DCT域图像四叉树结构并对图像数据进行分级加密，提高了DCT域图像的传输效率。应用本发明技术方案对静止图像进行加密传输时，例如对一批压缩图像进行批处理，比如JPEG图像，处理程序从文件中读出的也是DCT域图像，这时利用本发明实施例提供的技术方案可以实现快速的加密传输。

下面结合附图详细说明本发明实施例提供的技术方案以及相应的有益效果。

如图4所示，DCT变换是以高度为h、宽度为w的单位像素块进行的，例如8×8单位像素块，以单位像素块对空间域图像进行DCT变换后，每一个单位像素块对应一个单位DCT系数块，假设空间域图像的宽度和高度以像素为单位分别是W和H，一般情况下，W和H分别是2的某整数次方的整数倍。如果进行DCT变换的单位像素块的高度为h、宽度为w，则单位像素块变换到DCT域后，对应的单位DCT系数块的大小可以表示为hxw，其中，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数，并且一般情况下，满足h和w分别是2个某个整数次方的整数倍，比如h＝4、8、16、32...，w＝4、8、16、32...等。

每个单位DCT系数块由空间域图像块中对应的单位像素块经过DCT变换得到，W可以被w整除，H可以被h整除，整幅DCT域图像由(HxW)/(hxw)个单位DCT系数块组成，因此每一个空间图像块对应的DCT系数块也应该包含整数个大小为hxw的单位DCT系数块，用x_p，q表示对应的空间域图像块中第p行、q列的单位像素块，用X_p，q表示DCT系数块中第p行、q列的hxw单位DCT系数块，则：

$x_{p,q}(i,j)=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}x\left(\mathrm{0,0}\right)& x\left(\mathrm{0,1}\right)& x\left(\mathrm{0,2}\right).......& x(0,w-1)\\ x\left(\mathrm{1,0}\right)& x\left(\mathrm{1,1}\right)& x\left(\mathrm{1,2}\right).......& x(1,w-1)\\ x\left(\mathrm{2,0}\right)& x\left(\mathrm{2,1}\right)& x\left(\mathrm{2,2}\right).......& x(2,w-1)\end{array}\\ ...................\\ \begin{array}{cccc}x(h-\mathrm{1,0})& x(h-\mathrm{1,1})& x(h-\mathrm{1,2}).......& x(h-1,w-1)\end{array}\end{array}\right]---\left(1\right)$

$X_{p,q}(k,l)=\left[\begin{array}{c}\begin{array}{cccc}X\left(\mathrm{0,0}\right)& X\left(\mathrm{0,1}\right)& x\left(\mathrm{0,2}\right).......& X(0,w-1)\\ X\left(\mathrm{1,0}\right)& X\left(\mathrm{1,1}\right)& X\left(\mathrm{1,2}\right)......& X(1,w-1)\\ X\left(\mathrm{2,0}\right)& X\left(\mathrm{2,1}\right)& X\left(\mathrm{2,2}\right).......& X(2,w-1)\end{array}\\ .....................\\ \begin{array}{cccc}X(h-\mathrm{1,0})& X(h-\mathrm{1,1})& X(h-\mathrm{1,2}).......& .X(h-1,w-1)\end{array}\end{array}\right]---\left(2\right)$

公式1中，x_p，q(i，j)表示位于单位像素块x_p，q中第i行、第j列的像素亮度值，公式2中，X_p，q(k，l)表示位于单位DCT系数块X_p，q中第k行、第l列的DCT系数值。

DCT变换有很多种形式，以最常用的(常用的缺省形式)DCT-II型，计算公式如下所示：

$X(k,l)=\mathrm{\α}\left(k\right)\mathrm{\β}\left(l\right)\underset{i=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}x(i,j)\cos \left(\frac{k(2i+1)\mathrm{\π}}{2h}\right)\cos \left(\frac{l(2j+1)\mathrm{\π}}{2w}\right),0\≤k\≤h-\mathrm{1,0}\≤1\≤w-1---\left(3\right)$

其中：

$\mathrm{\α}\left(k\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{h}}& k=0\\ \sqrt{\frac{2}{h}}& k\≠0\end{array}\right.0,\mathrm{\β}\left(l\right)=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1}{\sqrt{w}}& l=0\\ \sqrt{\frac{2}{w}}& l\≠0\end{array}\right.$

在空间域的图像四叉树结构建立过程中，需要对图像逐步划分，例如不断进行横向和纵向的分割，直到每一个叶节点对应的空间域图像块中各像素亮度值满足相似性条件，从而不需要再进行更细的分割。

如果在DCT域建立图像四叉树结构，则首先需要解决的问题是如何判断划分出的DCT系数块中多个单位DCT系数块之间满足和空间域等效的相似性。为此，本发明实施例提供一种在DCT域进行相似性等效判断条件CDCT(其中：C＝Criterion)，如图5所示，当DCT系数块中的各DCT系数块BLK满足该等效判断条件CDCT时，对应空间域图像块blk上的各像素亮度值严格满足空间域相似性判断条件CSPA(其中：C＝Criterion，SPA表示Spatial)。

如图6所示，如果h和w数值比较小，比如4、8等，那么空间域图像四叉树结构中每一个叶节点都包含至少一个完整的hxw单位像素块，各hxw单位像素块在空间域图像块blk中的位置可以用行下标p和列下标q表示。假设一个叶节点对应的空间域图像块blk包含sxs个单位像素块，则对应DCT系数块BLK包含sxs个单位DCT系数块，每一个单位DCT系数块在DCT系数块BLK中的位置可以用行下标p和列下标q表示。

在空间域中，如公式4所示，一般采用的CSPA为最大像素和最小像素的绝对差值小于等于设定阈值δ：

|x^blk _max-x^blk _min|≤δ          (4)

其中：x^blk _max为空间域图像块blk中各像素亮度值的最大值，x^blk _min为空间域图像块blk中各像素亮度值的最小值。

对于每个一个单位像素块和对应的单位DCT系数块，有公式5成立：

$\stackrel{\‾}{x}-\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)\≤x(i,j)\≤\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)---\left(5\right)$

其中x表示该单位像素块中各个像素亮度值的平均值，满足公式6：

$\stackrel{\‾}{x}=\frac{1}{\mathrm{hw}}\underset{i=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}x(i,j)---\left(6\right)$

参阅图6所示，对于DCT系数块BLK中位于p行、q列的单位DCT系数块X_p，q，有不等式7成立：

${\stackrel{\‾}{x}}_{p.q}-\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X_{p,q}(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X_{p,q}\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X_{p,q}\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)\≤x_{p,q}(i,j)\≤{\stackrel{\‾}{x}}_{p,q}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X_{p,q}(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X_{p,q}\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X_{p,q}(\mathrm{1,0}---\left(7\right)$

x_p，q表示单位DCT系数块X_p，q对应的像素块x_p，q中各像素亮度值的平均值，根据公式6，其中：

${\stackrel{\‾}{x}}_{p,q}=\frac{1}{\mathrm{hw}}\underset{i=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{j=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}{x}_{p,q}(i,j)=\frac{1}{\mathrm{hw}}\underset{k=0}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=0}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}{X}_{p,q}(k,l)---\left(8\right)$

公式8中，p＝01，2，..，s-1；q＝0，1，2，...，s-1。

令：

${\mathrm{lb}}_{p,q}={\stackrel{\‾}{x}}_{p,q}-\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X_{p,q}(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X_{p,q}\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X_{p,q}\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right))---\left(9\right)$

${\mathrm{ub}}_{p,q}={\stackrel{\‾}{x}}_{p,q}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}\left(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\right|X_{p,q}(k,l)|+\sqrt{2}\left(\right|X_{p,q}\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X_{p,q}\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right))---\left(10\right)$

得到对于每个单位DCT系数块的块上界ub_p，q(ub＝upper bound)和块下界lb_p，q(lb＝lower bound)，则公式7可以写成公式11：

lb_p，q≤x_p，q(i，j)≤ub_p，q         (11)

如果定义空间域图像块中sxs个hxw单位DCT系数块的块下界中的最小值和所有sxs个hxw单位DCT系数块的块上界中的最大值分别为：

${\mathrm{lb}}_{\min }=\underset{0\≤p,q\≤s-1}{\min }{\mathrm{lb}}_{p,q},---\left(12\right)$

${\mathrm{ub}}_{\max }=\underset{0\≤p,q\≤s-1}{\max }{\mathrm{ub}}_{p,q},---\left(13\right)$

其中，块下界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值减去2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再减去2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；块上界为：单位DCT系数块中各个DCT系数的平均值加上2倍的单位DCT系数块中各个DCT系数的绝对值之和除以单位DCT系数块的行数和列数的几何平均值，再加上2的平方根倍的第0行、第1列DCT系数和第1行、第0列DCT系数绝对值之和除以DCT系数块的行数和列数的几何平均值；

则对于blk中的任意位置两个像素的亮度值，其绝对差值必然小于等于ub_max-lb_min，因此，当DCT系数块BLK中，根据其中多个单位DCT系数块确定的ub_max、lb_min可以分别称为块上界和块下界，则ub_max和lb_min满足公式14时：

ub_max-lb_min≤δ        (14)

δ为设定阈值，意义为在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的绝对差值应该小于等于的阈值，即δ的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。这样，根据公式7，对应的空间域图像块blk中各像素亮度值一定满足公式4。也就是说，如果DCT系数块满足公式14，则可以严格判定DCT域图像对应的空间域图像块相似，由于ub_p，q、lb_p，q完全可以根据DCT系数来计算，无需用到任何空间域的像素亮度值，因此，在DCT域，可以将公式14作为公式4的等效相似性判断条件，用于判断一个DCT系数块中多个单位DCT系数块之间是否相似。如果需要更严格的相似性判定条件，则公式14中的设定阈值的取值可以小于δ，如果需要放宽相似性判定条件，则公式14中的设定阈值可以大于δ。

由于空间域的相似性判断条件CSPA有很多不同的具体形式，比如图像块中每个像素和像素亮度平均值的绝对差值来表示，也可以用图像块中最大像素和最小像素的绝对差值来表示，也可以在上述两种情况中用差值的平方来代替绝对值。在DCT域建立相似性等效判断条件的具体数学方法可以应用到不同的可能准则上，判断条件14只是针对空间域的特定判断条件4建立的。对于不同的空间域判断条件，可以建立不同的DCT域等效判断条件。例如采用均方误差或者其它的满足距离公理(数学分析概念)的准则来建立最终的判断条件，可以证明，只要满足距离公理，这些方法得到的最终判断条件是等效的，只是需要计算的具体参数不同。

如图7所示，基于上述原理，本发明实施例首先提供一种判断DCT系数块中多个单位DCT系数块是否相似的方法，主要包括如下步骤：

S701、对于所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定块下界lb和块上界ub：

块下界

块上界

其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

S702、确定多个单位DCT系数块的块下界中的最小值lb_min和块上界中的最大值ub_max；

S703、判断lb_min和ub_max之间的绝对差值是否小于等于设定阈值，如果是则执行步骤S704判定多个单位DCT系数块满足相似性。

设定阈值小于等于在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的绝对差值应该小于等于的阈值δ。如果需要更严格的相似性判定条件，则公式14中的设定阈值的取值可以小于δ，如果需要放宽相似性判定条件，则公式14中的设定阈值可以大于δ。

如图8所示，本发明实施例还提供一种判断DCT系数块中多个单位DCT系数块是否相似的装置80，主要结构包括：

第一确定单元81，用于对多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定块下界lb和块上界ub并输出确定结果：

块下界

块上界

其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

第二确定单元82，用于根据第一确定单元81输出的多个单位DCT系数块的块下界和块上界，确定出块下界中的最小值lb_min和块上界中的最大值ub_max并输出确定结果；

判定单元83，用于从第二确定单元82接收lb_min和ub_max，并当lb_min和ub_max之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性，当lb_min和ub_max之间的绝对差值大于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性。

如果需要根据具体应用调整设定阈值δ，则还进一步包括：

存储单元84，用于存储设定阈值δ，判定单元83从该存储单元84中获取设定阈值δ，较佳的，设定阈值δ的意义在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的绝对差值应该小于等于的阈值。

当然，对于本领域技术人员可以轻易想到判定单元83的替换方式为：当lb_min和ub_max之间的绝对差值小于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性，当lb_min和ub_max之间的绝对差值大于等于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性。

在DCT域进行多个单位DCT系数块是否相似的判断可以用于获取给定DCT域图像的四叉树结构，还可以在DCT预进行图像纹理分析、图像区域分类等。另外，还可以用于区分图像中的平坦区域和非平坦区域。

获取给定DCT域图像的四叉树结构的具体过程可以包括：将DCT域图像作为根节点，根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像，根据图7所示方法分别判断划分出的每一个节点所对应的DCT系数块中，多个单位DCT系数块之间是否满足相似性，将多个单位DCT系数块满足相似性的节点作为叶节点，继续划分多个单位DCT系数块不满足相似性的节点，直到划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分，获取DCT域图像四叉树结构。

如图9所示，本发明实施例提供的获取DCT域图像四叉树结构的方法的一种具体实现流程主要包括：

S901、将整个DCT域图像作为根节点R；

S902、对于根节点图像中多个单位DCT系数块是否满足相似性条件，如果是则转入步骤S904，该DCT域图像四叉树结构只包括一个叶节点，即根节点R，否则继续步骤S903；

S903、逐步将DCT域图像进行四等分直到获取所有叶节点；

将分出的每一个图像块记为一个节点，并判断节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块是否满足相似性条件，如果则将该节点记为叶节点，否则继续划分并判断是否满足相似性条件，直到划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分。其中，一个节点对应一个单位DCT系数块，则直接将该单位DCT系数块作为一个叶节点。

这里，所述4等分是指将图像沿水平和垂直方向分成左上(A)，右上(B)，右下(C)，左下(D)四个象限，在划分过程中，标记各节点的编码信息。

S904、获取DCT域图像四叉树结构。

如图10所示，本发明实施例还提供一种DCT域图像四叉树结构获取装置100，主要包括：

划分单元101，用于根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像并输出每一次的划分结果：

相似性判断单元102，用于对所述划分单元101划分出的每一个节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块，判断DCT系数块中多个单位DCT系数块之间是否满足相似性，并通知划分单元101停止划分满足相似性的DCT系数块，以及继续划分不满足相似性的DCT系数块；

获取单元103，用于逐步根据划分单元101输出的划分结果建立DCT域图像四叉树结构，所述DCT域图像四叉树结构中每一个叶节点对应的DCT系数块中，多个单位DCT系数块满足相似性。

其中，相似性判断单元102的一种结构例如图图8所示，图8中的判定单元83根据相似性判断结果通知划分单元101停止划分或继续划分。

获取DCT域图像四叉树结构后，可以用于通信系统的DCT域图像数据的加密传输，实现原理如图11所示：

发送端通信设备：获取DCT域图像四叉树结构，从DCT域图像四叉树结构中遍历各叶节点的编码信息序列，将各叶节点的编码信息序列作为重要数据进行加密，还可以将图像头数据作为重要数据加密为图像头数据压缩码流，对DCT系数压缩码流进行置乱后可以加密也可以不加密，合成各部分码流并打包传输合成码流，从而实现了DCT域图像数据的分级加密。

接收端通信设备：根据收到的数据包重组合成码流，分解合成码流，从中解密出各叶节点的编码信息序列，根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT系数压缩码流，即恢复DCT系数压缩码流中DCT系数块的自然排序，如果图像头数据被作为重要数据加密，则需要对图像头数据压缩码流进行解密，如果对DCT系数压缩码流进行了加密，则还需要解密DCT系数压缩码流。

图像头数据含有图像的关键结构信息，比如图像属性，颜色表、运动GOB结构、宏块结构、运动向量等，因此通常作为重要数据被加密。下面就以各叶节点的编码信息序列和图像头数据都作为重要数据进行加密为例，分别详细说明发送端通信设备和接收端通信设备的主要结构以及功能进行详细说明。

如图11所示，发送端通信设备的主要结构包括DCT域图像加密装置200：

DCT域图像四叉树结构获取单元201，用于获取DCT域图像四叉树结构，DCT域图像四叉树结构获取装置201的一种具体结构如图10所示，这里不再重复说明。

遍历单元202，用于遍历DCT域图像四叉树结构中的各叶节点，获取各叶节点编码信息序列；

第一加密单元203，用于将遍历单元202获取的各叶节点编码信息序列作为重要数据进行加密后形成DCT域图像四叉树结构压缩码流；

置乱单元204，用于根据所述DCT域图像四叉树结构置乱DCT系数压缩码流；

第二加密单元205，用于将图像头数据作为重要数据进行加密后形成图像头数据压缩码流。

如果需要将DCT系数压缩码流作为次重要数据进行加密，则在置乱单元204之后还可以包括第三加密单元。其它非重要数据不加密，非重要数据可以包括获得DCT域图像四叉树结构后划分出来的图像数据，还可以包括部分在获得DCT域图像四叉树结构前直接从DCT域图像数据中划分出来数据。

这里给出两种根据DCT域图像四叉树结构，置乱DCT系数压缩码流的具体方法：

第一种方法包括：先对应各叶节点编码信息序列，将各叶节点对应的DCT系数块进行一次置乱排序；再根据各DCT系数块置乱后的排列顺序，分别对各DCT系数块中的每一个DCT系数块进行量化和熵编码后形成DCT系数压缩码流；

第二种方法包括：先分别对各DCT系数块中的每一个单位DCT系数块进行量化和熵编码后形成DCT系数压缩码流；再对应各叶节点编码信息序列，将各叶节对应的DCT系数块的DCT系数压缩码流进行一次置乱排序。

进一步，上述第二种方法还包括：当DCT系数块中包括至少两个单位DCT系数块时，所述方法还包括：将所述至少两个单位DCT系数块分别对应的压缩码流再进行二次置乱排序，二次置乱排序的方法很多，通信双方可以实现约定或在通信建立过程中协商，例如可以是平面填充曲线或伪随机置乱排序法等。

上述方法中，对应各叶节点获得编码信息序列对DCT系数压缩码流进行一次置乱排序，当然也可以直接根据获得的四叉树结构，利用同样的遍历方法进行一次置乱。各叶节点对应的DCT系数块置乱后的排列顺序和各叶节点获得编码信息序列一致。在接收端，根据各叶节点编码信息序列获知DCT系数块应该对应的四叉树节点，从而确定图像的空间结构。

加密后的DCT域图像四叉树结构压缩码流、图像头数据压缩码流、DCT系数压缩码流以及其它非重要数据的压缩码流经发送端通信设备的相关功能模块合并为合成码流后，打包输出到通信网络进行传输。

解码端通信设备相关功能模块接收到数据包后，重组合成码流并从合成码流中分解出DCT域图像四叉树结构压缩码流、图像头数据压缩码流、DCT系数压缩码流以及其它非重要数据，然后进行解密处理，解密方法具体处理可以包括：

解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列和图像头数据压缩码流；

根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数压缩码流的排列顺序。

针对第一种置乱方法，对应的第一种恢复方法包括：逐个熵解码并反量化DCT图像压缩码流中各DCT系数块对应每一个单位DCT系数块；根据所述各叶节点的编码信息序列，恢复每一个叶节点对应的DCT系数块的自然排列顺序；

针对第二种置乱方法，对应的第二种恢复方法包括：根据所述各叶节点编码信息序列，恢复各叶节点对应的DCT系数压缩码流段的自然排列顺序；逐个熵解码并反量化所述DCT图像压缩码流中各DCT系数块对应的每一个单位DCT系数块。

并且，在第二种恢复方法中，当一个DCT系数块中包括至少两个单位DCT系数块，并且所述至少两个单位DCT系数块经二次置乱排序时，还需要根据二次置乱排序方法，恢复DCT系数块中多个单位DCT系数块的自然排列顺序。

根据恢复自然顺序的DCT系数块，经过反DCT变换得到空间域的重构图像。

仍参见图11所示，本发明实施例提供接收端通信设备的主要结构包括：DCT域图像解密装置300，其特征在于，包括：

第一解密单元301，用于解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列；

第二解密单元302，用于解密DCT图像压缩码流中作为重要数据被加密的图像头数据；

恢复单元303，用于根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数压缩码流的排列顺序。

重要数据和非重要数据组成DCT图像数据，接收端通信设备中相关功能模块根据DCT图像数据重构空间域图像，详细操作为本领域技术人员熟知，这里不再详细描述。

在本发明实施例中，如果一幅DCT域图像的尺寸较大，则可以将其分为几个子图像同步处理，然后进行码流合并，从而加快处理速度。子图像的划分方法可以是等分，例如等分为4个、8个或16个同等大小的子图像，也可以是不等分，这里不加限定。划分信息可以携带在码流中发送给接收端进行恢复处理。

在本发明实施例中，如果是对运动图像序列进行加密，则可以至少对其中的帧内编码帧，即I帧图像数据进行加密，其它各类帧的图像数据都可以作为非重要数据不加密。

可见本发明实施例中，在发送端利用DCT域图像四叉树结构对DCT系数块的压缩编码进行置乱，将DCT系数块的排列顺序进行了一次置乱，并将用于恢复DCT系数块自然排列顺序的各叶节点编码信息序列作为重要数据进行了加密，接收端如果不能正确各叶节点编码信息序列，几乎无法确定DCT系数块的自然排列顺序，从而无法重构DCT域图像，达到对DCT域图像进行加密的目的。

进一步为了提高加密强度，还可以在DCT系数块内部，对多个单位DCT系数块进行二次置乱排序，二次置乱排序的方法可以通过通信双方协商完成。二次置乱排序的方法可以从一些预先定义的置乱排序方法中进行选择。可能的置乱排序方法至少包括但不限于有：

1、平面填充曲线(Plane filling curves)比如皮亚诺(Peano Curve)置乱排序。

2、伪随机置乱排序。类似于洗牌算法，产生的随机排序序列，作为重要数据的一部分进行高强度加密保护传输。

经过两层排序置乱后，DCT域图像的保护强度将大大加强。

需要说明的是，重要数据的划分没有绝对标准，当然可以只把某类数据作为重要数据，而其它数据全部作为非重要数据。尤其当对于加密计算复杂度要求很严格的时候，重要数据越少效率越高。

应该说明，在对于重要数据和非重要数据进行分级加密的过程中，涉及加密方法和参数选择、密钥协商、密钥传输和加密运算等具体的过为本领域技术人员所熟知，这里不再一一深入描述。

本发明实施例提供的技术方案可以为NGN、3G、4G移动通信、IPTV等电信业务提供高效安全的局部加密算法。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (35)

1.一种在DCT域图像中判断多个单位DCT系数块满足相似性的方法，其特征在于，包括：

对于所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定：

块下界

块上界

其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

确定多个单位DCT系数块的块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值；并

当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

3.一种DCT域图像四叉树结构的获取方法，其特征在于，包括：

根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像，对划分出的DCT系数块包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性，其中，所述块下界

所述块上界 $\mathrm{ub}=\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|X(k,l)\right|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)),$ 其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分，获取停止划分时形成的DCT域图像四叉树结构。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

5.一种DCT域图像加密方法，其特征在于，包括：

根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像，对划分出的DCT系数块包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性，其中，所述块下界

所述块上界 $\mathrm{ub}=\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|X(k,l)\right|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)),$ 其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时停止划分，获取停止划分时形成的DCT域图像四叉树结构；

遍历所述DCT域图像四叉树结构中的各叶节点，获得各叶节点的编码信息序列；

将所述各叶节点的编码信息序列作为重要数据进行加密后形成DCT域图像四叉树结构压缩码流；并

根据所述各叶节点的编码信息序列，置乱DCT系数压缩码流的排列顺序。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据各叶节点的编码信息序列，置乱DCT系数压缩码流的方法包括：

对应各叶节点的编码信息序列，将各叶节点对应的DCT系数块进行一次置乱排序；

根据各DCT系数块置乱后的排列顺序，分别对各DCT系数块中的每一个DCT系数块进行量化和熵编码后形成DCT系数压缩码流。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，当一个DCT系数块中包括至少两个单位DCT系数块时，所述置乱DCT系数压缩码流的方法还包括：将所述至少两个单位DCT系数块进行二次置乱排序后再进行量化和熵编码。

9.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述根据各叶节点的编码信息序列，置乱DCT系数压缩码流的方法包括：

分别对各DCT系数块中的每一个单位DCT系数块进行量化和熵编码后形成DCT系数压缩码流；

对应各叶节点的编码信息序列，将各叶节对应的DCT系数块的DCT系数压缩码流进行一次置乱排序。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，当DCT系数块中包括至少两个单位DCT系数块时，所述置乱DCT系数压缩码流的方法还包括：将所述DCT系数块中的每一个单位DCT系数块进行量化和熵编码后，还将至少两个单位DCT系数块分别对应的压缩码流再进行二次置乱排序。

11.如权利要求8或10所述的方法，其特征在于：

所述遍历DCT域图像四叉树结构的方法包括先序或逐层排序；和/或

所述二次置乱排序的方法包括平面填充曲线或伪随机置乱排序法，其中：伪随机置乱排序法产生的随机排序序列作为重要数据进行加密。

12.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：将图像头数据作为重要数据进行加密后形成图像头数据压缩码流。

13.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述DCT域图像包括从一个整幅DCT域图像中分割出的DCT域子图像。

14.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述DCT域图像包括DCT域视频图像中的I帧图像。

15.一种DCT域图像压缩码流的解密方法，其特征在于，包括：

解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列，所述DCT图像四叉树结构中，每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块的块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值，其中，所述块下界

所述块上界 $\mathrm{ub}=\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|X(k,l)\right|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)),$ 其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数块压缩码流的排列顺序。

16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数块压缩码流排列顺序的方法包括：

逐个熵解码并反量化DCT图像压缩码流中各DCT系数块对应每一个单位DCT系数块；

根据所述各叶节点的编码信息序列，恢复每一个叶节点对应的DCT系数块的排列顺序。

17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述根据各叶节点的编码信息序列恢复DCT图像压缩码流中的DCT系数块压缩码流排列顺序的方法包括：

根据所述各叶节点编码信息序列，恢复各叶节点对应的DCT系数压缩码流段的排列顺序；

逐个熵解码并反量化所述DCT图像压缩码流中各DCT系数块对应的每一个单位DCT系数块。

18.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，如果所述DCT系数压缩码流被作为次重要数据进行了加密，则在恢复该DCT系数压缩码流排列顺序之前，先解密所述DCT系数压缩码流。

19.如权利要求16或17所述的方法，其特征在于，当一个DCT系数块中包括至少两个单位DCT系数块，并且所述至少两个单位DCT系数块经二次置乱排序时，所述方法还包括：根据所述二次置乱排序方法，恢复DCT系数块中多个单位DCT系数块的排列顺序。

20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：解密DCT图像压缩码流中作为重要数据被加密的图像头数据。

21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述原始空间域图像包括从一个整幅图像中分割出的子图像。

22.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述原始空间域图像包括视频图像序列中的I帧图像。

23.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

24.一种在DCT域图像中判断多个单位DCT系数块之间满足相似性的装置，其特征在于，包括：

第一确定单元，用于对所述多个单位DCT系数块中的每一个单位DCT系数块，分别确定块下界和块上界并输出确定结果，其中，所述块下界

所述块上界 $\mathrm{ub}=\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|X(k,l)\right|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)),$ 其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝01，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

第二确定单元，用于根据所述第一确定单元输出的多个单位DCT系数块的块下界和块上界，确定出块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值并输出；

判定单元，用于从所述第二确定单元接收块下界最小值和块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定多个单位DCT系数块满足相似性。

25.如权利要求24所述的装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储所述设定阈值，所述判定单元从该存储单元中获取设定阈值，所述设定阈值小于等于在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的绝对差值应该小于等于的阈值。

26.一种DCT域图像四叉树结构获取装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像并输出每一次的划分结果：

相似性判断单元，用于对所述划分单元划分出的每一个节点对应的DCT系数块中包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性；当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时通知所述划分单元停止划分，其中，所述块下界所述块上界

其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

获取单元，用于逐步根据所述划分单元输出的划分结果建立DCT域图像四叉树结构，所述DCT域图像四叉树结构中每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块满足相似性。

27.如权利要求26所述的装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储所述设定阈值，所述相似性判断单元从该存储单元中获取设定阈值，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

28.一种DCT域图像加密装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于根据图像四叉树表示模型逐步划分DCT域图像并输出每一次的划分结果；

相似性判断单元，用于对所述划分单元划分出的每一个节点对应的DCT系数块中包含的每一个单位DCT系数块，分别确定所述单位DCT系数块的块上界和块下界，以及块下界中的块下界最小值和块上界中的块上界最大值，并当所述块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值时判定所述多个单位DCT系数块满足相似性；当划分出的每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块全部满足相似性时通知所述划分单元停止划分，其中，所述块下界

所述块上界其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

获取单元，用于逐步根据所述划分单元的输出的划分结果建立DCT域图像四叉树结构，所述DCT域图像四叉树结构中每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块满足相似性；

遍历单元，用于遍历所述DCT域图像四叉树结构中的各叶节点，获取各叶节点的编码信息序列；

第一加密单元，用于将所述各叶节点的编码信息序列作为重要数据进行加密后形成DCT域图像四叉树结构压缩码流；

置乱单元，用于根据所述各叶节点的编码信息序列置乱DCT系数压缩码流的排列顺序。

29.如权利要求28所述的装置，其特征在于，还包括：

第二加密单元，用于将图像头数据作为重要数据进行加密后形成图像头数据压缩码流。

30.如权利要求28或29所述的装置，其特征在于，还包括：

存储单元，用于存储所述设定阈值，所述相似性判断单元从该存储单元中获取设定阈值，所述设定阈值的最大值为：在空间域判断图像满足相似性时，任意两个位置对应的像素亮度值之间的最大绝对差值。

31.一种DCT域图像解密装置，其特征在于，包括：

第一解密单元，用于解密DCT域图像压缩码流中作为重要数据被加密的DCT图像四叉树结构中各叶节点的编码信息序列，所述DCT图像四叉树结构中，每一个叶节点对应的DCT系数块中多个单位DCT系数块的块下界最小值和块上界最大值之间的绝对差值小于等于设定阈值，其中，所述块下界

所述块上界 $\mathrm{ub}=\stackrel{\‾}{x}+\frac{1}{\sqrt{\mathrm{hw}}}(2\underset{k=1}{\overset{h-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{l=1}{\overset{w-1}{\mathrm{\Σ}}}\left|X(k,l)\right|+\sqrt{2}\left(\right|X\left(\mathrm{0,1}\right)|+|X\left(\mathrm{1,0}\right)\left|\right)),$ 其中，

X(k，l)为单位DCT系数块中第k行、第l列的DCT系数，k＝0，1，2，...，h-1，l＝0，1，2，...，w-1，h和w分别为单位DCT系数块的行数和列数；

恢复单元，用于所述第一解密单元解密得到的各叶节点的编码信息序列，恢复DCT图像压缩码流中的各DCT系数压缩码流的排列顺序。

32.如权利要求31所述的装置，其特征在于，还包括：

第二解密单元，用于解密DCT图像压缩码流中作为重要数据被加密的图像头数据。

33.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求28或29任一所述的DCT域图像加密装置。

34.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求31或32所述的DCT域图像解密装置。

35.一种通信设备，其特征在于，包括权利要求28所述的DCT域图像加密装置和权利要求31所述的DCT域图像解密装置。

Images