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数字图像因其能够较为形象地传递信息而被广泛应用于人们的生活中,并成为现代通信领域重要的信息载体。然而,图像的数据量庞大且存在冗余,同时存储和传输过程中容易泄露信息。为了提高图像数据的存储、传输效率及安全性,对图像进行压缩和加密非常必要。将图像的加密和图像的压缩结合在一起同步完成可以带来设计上的灵活和计算上的简化。同时,加密和压缩混合完成,可以更好的保证安全性。然而,由于图像加密是对图像进行扩散和混淆,会破坏像素之间的相关性,而图像的压缩需要利用图像的相关性以去除冗余。因此,二者之间存在明显的矛盾。如何将二者的矛盾降低到最低限度,既能保证良好的压缩性能,又能保证良好的加密效果,将二者很好的结合起来是一个十分有意义的课题。混沌作为一种自由度很高的非线性动态系统,其良好的密码学特性使得基于混沌的密码系统具有良好的随机性。同时,混沌运动所存在的确定性,令其在密码领域容易实现,计算代价较低,非常适合大数据量的图像的加密处理。本文基于混沌理论,在图像压缩加密联合研究上做了以下几方面工作:（1）超混沌系统及伪随机序列产生算法。混沌系统的理论研究是保证混沌加密算法安全性的前提,同时计算机精度的限制使得低维混沌系统容易出现性能退化问题,影响了加密的安全性。本文针对这一需求,首先研究了超混沌系统的理论,通过增加线性和非线性状态反馈控制器构造五维超混沌系统并分析了其动力学特性。生成混沌系统,即混沌反控制或混沌化,用于密码学领域是一个十分重要的课题。超混沌系统动力学行为更加复杂,比低维混沌有明显的优势,生成的混沌序列依赖更多的参数和初值,其动态行为难以预测。构造的五维超混沌系统的最大Lyapunov指数大于很多经典的超混沌系统,具有更显著的混沌行为,更加适合应用到图像加密中。其次,在保证超混沌序列的非线性、随机性等特性的基础上,通过线性反馈移位寄存器（LFSR）的长周期特性来扰动超混沌序列构造了性能良好的伪随机序列发生器,有效地解决了离散化后的混沌序列的周期退化。最后,将设计的超混沌密码应用于多种压缩图像格式的图像加密中,算法采用双向扩散和基于超混沌动态分块的三维面包师置乱保证了安全性和效率。（2）图像有损压缩加密联合算法。在有损压缩加密联合算法方面,首先研究了基于离散余弦变换（discrete cosine transform,DCT）的图像压缩加密联合算法。DCT变换运行速度快,在图像处理领域得到了广泛应用。基于DCT的特点和超混沌系统,设计了能同时处理两幅图像的有损图像压缩与加密联合方法。方法将量化后的系数分组分别加密,从而实现了完全加密又降低了对压缩性能的影响,有效地解决了基于DCT的压缩加密联合算法不能很好地兼顾安全性和压缩性能的问题。其次,研究了基于曲波变换的图像压缩加密联合算法。曲波变换作为一种多尺度变换,和小波变换相比,具有良好的方位特性,更适合表现图像的曲线细节特征。然而,目前基于曲波变换的压缩处理都没有考虑安全性或者是压缩与加密分开处理。基于曲波变换的特点设计了量化矩阵,根据量化矩阵对曲波系数不同尺度和不同方向的曲波系数进行阈值处理,游程编码,基于超混沌系统的加密和Huffman编码,实现了加密和压缩的联合处理,有效地实现了完全加密的安全的曲波变换压缩方法。（3）基于内插双正交整数小波变换（interpolating the biorthogonal integer wavelet transform,IB-IWT）和多级树集合分裂算法（set partitioning in hierarchical trees,SPIHT）的无损图像压缩加密联合算法。在无损压缩加密联合算法方面,针对目前没有很好的适合于图像的无损压缩加密联合算法的问题,研究了基于IB-IWT和SPIHT的图像无损压缩加密算法。与其他的基于提升方法的整数小波变换相比,IB-IWT仅有两个提升步骤,减少了浮点运算的次数,非常适合实时无损图像压缩。算法在小波系数、SPIHT编码和码流上实现了基于超混沌系统的加密处理。提出的将加密融合进SPIHT排序扫描过程中的安全SPIHT编码（Secure SPIHT,SSPIHT）在增加安全性的同时没有对压缩性能造成影响。在加密算法上,将非线性操作即基于有限域Z65537上逆操作引入扩散过程以抵抗攻击。方法有效地实现了面向图像的无损压缩加密联合处理。（4）基于预测模式的CALIC图像无损压缩加密联合算法。在无损压缩加密联合算法方面,针对图像像素之间相关度比较高的情况,研究了基于CALIC图像压缩加密联合算法。CALIC具有易于实现和良好的无损压缩性能,却没有考虑安全性。首先研究了CALIC的编码原理,论述并评价了系统编码过程的可加密部分:GAP像素预测值、最终残差、预测模式需要的两行明文像素和熵编码码流。之后根据四个部分编码的不同特点,基于超混沌系统设计了相适应的加密方法。设计的方法有效地实现了图像的安全CALIC编码,在压缩比损失较小的情况下增加了安全性。