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基于FPGA的视频混沌加密技术研究

作　者: 李敬园
导　师: 禹思敏
学　校: 广东工业大学
专　业: 电路与系统
关键词: FPGA 混沌理论视频采集系统猫映射算法视频图像加密
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

基于混沌理论的加密技术是近年来才发展起来的一种密码技术。混沌现象是非线性系统中出现的确定性的、类随机的过程。它是非周期的、有界的、但不收敛的过程,并对初始条件极为敏感。由于它的这些特性使基于混沌信号的加密技术成为热点。但目前混沌加密的对象主要是音频和静态图像数据,针对动态的视频数据的相关研究还是十分不足的。由于视频数据量大,传统的软件实现加密必然耗时且效率较低,而硬件电路因其并行高速的优点在实时处理中大受欢迎。本文就是讨论如何采用FPGA这种完全的硬件处理方式来完成混沌加密算法的设计和对数字视频数据进行处理。此外,混沌保密系统可以分为高维和低维系统,高维混沌信号具有更好的随机性,更高的保密性,相比较而言,低维混沌信号具有形式简单的特点,易于硬件实现,但存在密钥空间小,难以抵御穷举攻击的局限。在实际工程应用中,可以针对不同的应用场合要求进行权衡选用合适的混沌系统进行加密。由于视频数据可以看成是由连续的图像组成的,因此针对当今进行混沌图像加密的这些特点,再对国内外相关资料的收集、整理、分析和综合之后,对混沌视频加密的方法与加密系统的设计进行了研究。全文主要研究内容包括：1.基于FPGA技术的视频采集系统的硬件实现。本论文首先简明扼要地介绍了视频采集系统的整体架构框图,然后详细说明了视频采集的具体设计流程。在此次设计中,采用Verilog硬件描述编程语言来设计视频采集系统中五个重要的模块,其中包括I2C标准接口驱动模块、ITU656视频解码模块、FIFO缓存模块、SRAM读写控制模块、vGA时序控制模块等,最后用一个顶层模块将这几个封装好的模块进行整合,完成了基于FPGA自顶向下的视频采集系统设计。2.级联式的混沌猫映射算法实现动态视频的混沌加密。在论文中详细的研究了混沌猫映射相关基本理论,分析了混沌猫映射在传统静态图像加密应用上的局限性和不足,在此基础上提出了适用于对视频数据加密的级联式混沌猫映射算法的思想和数学表达式,利用现代FPGA技术强大的并行性运算优点,能够大大地降低混沌猫映射算法的运算时间代价。此外,设计中采用FPGA中独有的有限状态机和流水线等相关硬件结构完成级联式混沌猫映射算法的设计和视频图像加密的实现,在论文的最后论述了实际的硬件实验结果。

基于FPGA的视频混沌加密技术研究

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