Exploiting Four-Dimensional Chaotic Systems With Dissipation and Optimized Logical Operations for Secure Image Compression and Encryption

加密 计算机科学 混乱的 图像压缩 图像(数学) 理论计算机科学 算法 数据压缩 密码学 图像处理 计算机视觉 人工智能 计算机安全
作者
Mengxin Gong,Xiuli Chai,Yang Lu,Yushu Zhang
出处
期刊:IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:34 (8): 7628-7642 被引量:16
标识
DOI:10.1109/tcsvt.2024.3375868
摘要

In this paper, a new four-dimensional chaotic system derived from the continuous Hopfield neural network (CHNN) model is designed, and the weight parameters are optimized to achieve superior dynamics. Furthermore, we verify the superior performance of the system through an analysis of its dissipation and other aspects. Meanwhile, to address the issues of low reconstruction quality and unsatisfactory security performance of the current compressed sensing (CS)-based image encryption algorithm, this paper introduces a compression encryption algorithm based on the chaotic system. Specifically, this algorithm designs a new fractal curve based on the Hilbert curve by incorporating a unique rotation and connection in the iterative process, which allows for effective displacement of the image. Additionally, a new measurement matrix with low spectral norm is constructed utilizing the QR decomposition based on the Householder transform to improve the compression performance. Finally, this paper introduces a bidirectional Z-shaped diffusion method based on chaotic sequences and optimized multiple logical operations (BZCM). By leveraging the optimized logic operation rules and logic key matrix proposed in this paper, this method enhances the diffusion effect. Experimental analyses demonstrate that the proposed algorithm achieves high security and reconstruction performance.
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