数字图像作为多媒体信息的重要组成部分,由于具有信息量大、内容丰富和可理解性好等特点,已经在人们的日常生产生活中扮演着非常重要的角色。然而,在存储和传输数字图像的过程中容易产生一些安全问题。同时,数字图像中包含大量冗余数据,为了降低存储空间并提升传输效率需要实现数据压缩。因此,如何在保证数字图像安全的同时保持较高的压缩率成为信息科学领域亟待解决的问题。密码学是保证多媒体信息安全的重要手段。近年来,随着混沌理论的不断发展及其与密码学之间的密切联系,混沌密码学应运而生。相比于传统密码技术（如DES、AES等）,混沌密码学更适合为多媒体信息提供高效保护。随着压缩感知理论和相关应用的迅猛发展,基于压缩感知的图像压缩加密技术也吸引了研究学者的广泛关注。通过压缩感知可以同时实现图像压缩和加密,且压缩加密过程的计算成本较低。压缩感知常常与混沌密码技术结合来提升压缩加密算法的安全性和压缩性,同时降低存储空间和传输成本。本文在研究混沌图像加密技术的基础上,进一步探索基于压缩感知的图像压缩加密方法,并利用压缩感知、混沌理论以及数字图像的固有特性,提出两种混沌图像加密算法和两种基于压缩感知的图像压缩加密算法。最终,通过实验验证了算法的有效性、安全性以及压缩性。论文的创新点主要体现在以下几个方面:（1）针对混沌图像加密算法中明文敏感性低的问题,在分析了已有密钥更新方案的基础上,设计了一种基于加权和的密钥更新方案。相比于已有密钥更新方案,新方案利用混沌系统的特性计算明文的像素和来更新初始密钥,从而为加密算法提供较强的明文敏感性和较高的计算效率。在此基础上,结合设计的基于数独矩阵的比特级置乱算法和基于混沌系统的轻量级扩散算法,提出了一种基于密钥更新方案的图像加密算法。通过实验证明,该算法具有较高的安全性,能够有效地抵御已知明文攻击或选择明文攻击。（2）在上述研究基础上,将密钥更新与替换操作相结合,在增强明文敏感性的同时提高加密效率。首先,给出一种更加简单的基于加权和的密钥更新方案。然后,在分析了传统替换方法的加密过程和替换结果的特性后,设计了一种基于S-box的随机替换方法,通过该方法得到的密文图像具有均匀的像素值分布,由此解决了传统替换方法中不能抵抗统计分析攻击的问题。最后,根据上述工作实现了一种基于密钥更新-替换的图像加密算法。实验结果证明,所提出的加密算法具有较高的加密效率和安全性。（3）为了解决基于压缩感知的图像压缩加密算法中由于量化操作导致的密文对明文变化的敏感程度低的问题,提出了一种基于压缩感知和S-box的图像压缩加密算法。在该算法中,利用未量化的测量值来更新量化后替换操作中的全部初始密钥,从而提升抵抗已知明文攻击或选择明文攻击的能力。通过实验证明,该算法对明文的轻微变化足够敏感,安全性进一步增强,同时压缩率没有改变。（4）针对基于压缩感知的图像压缩加密算法中压缩率低的问题,在分析了数字图像固有特性的基础上,引入无损编码来压缩图像的较高位平面,而较低位平面采用基于压缩感知的有损编码进行处理。通过这种方式可以提高压缩加密算法的压缩率。由此,结合混沌加密技术,设计了一种基于霍夫曼编码的无损压缩加密算法和一种基于压缩感知的有损压缩加密算法来分别压缩加密图像的较高位平面和较低位平面,从而实现一种基于压缩感知和霍夫曼的图像压缩加密算法。通过实验分析表明,提出的压缩加密算法能够在保证图像安全的同时提高压缩率。