基于攝像頭采集的混沌視頻加密研究
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2．1 系統(tǒng)的總體框架
設(shè)計的系統(tǒng)由A／D轉(zhuǎn)換、FPGA控制處理、外部SRAM和VGA組成，如圖1所示。A／D轉(zhuǎn)換部分用于圖像數(shù)據(jù)的采集和模數(shù)轉(zhuǎn)換。設(shè)計采用AD公司的視頻解碼芯片ADV7181。FPGA控制處理部分采用Altera公司的CydoneII系列芯片作為控制處理核心，負責(zé)前端數(shù)據(jù)采集和存儲，同時將數(shù)據(jù)傳輸至顯示器。另外，由于視頻數(shù)據(jù)采集的實時性和連續(xù)性要求，采用外部SRAM作為存儲設(shè)備。本文引用地址：http://m.ptau.cn/article/159413.htm
2. 2 視頻采集的流程分析
視頻采集系統(tǒng)主要包括ITU656解碼模塊、I2C接口模塊、SRAM控制模塊和VGA顯示模塊。
當(dāng)系統(tǒng)加電后，首先通過過I2C接口模塊對ADV7181芯片進行初始化，使ADV7181芯片輸出標(biāo)準的PAL制式數(shù)據(jù)。當(dāng)程序判斷出接收到的是有效視頻數(shù)據(jù)時，ITU656解碼模塊對A／D芯片產(chǎn)生的PAL制式數(shù)據(jù)流進行串并轉(zhuǎn)換和YUVtoRGB轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生適合顯示的RGB數(shù)據(jù)格式。隨后FPGA將轉(zhuǎn)換后的圖像數(shù)據(jù)存入SRAM中，當(dāng)接收完一幀圖像數(shù)據(jù)后，F(xiàn)PGA將從SRAM中讀出視頻圖像數(shù)據(jù)并通過VGA模塊在CRT顯示器上顯示，與此同時FPGA繼續(xù)控制下一幀視頻的采集、轉(zhuǎn)換、存儲和顯示。整個視頻采集的流程如圖2所示。
3 視頻混沌加密系統(tǒng)的設(shè)計
混沌加密系統(tǒng)中，混沌加密算法的設(shè)計至關(guān)重要，它決定了混沌加密系統(tǒng)的安全性以及執(zhí)行效率。此外，由于視頻數(shù)據(jù)置龐大和實時性的特點，對混沌加密系統(tǒng)的執(zhí)行效率提出了更高的要求。具體的說，應(yīng)盡可能的避免重復(fù)的迭代運算，采用流水線式的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)高速運算。
文中加密算法采用貓映射置亂算法和擴散算法相結(jié)合的方法實現(xiàn)。傳統(tǒng)用C語言實現(xiàn)的置亂和擴散加密方式主要是先對整幅圖像進行置亂后再進行擴散加密，程序中存在多次循環(huán)語句的調(diào)用，在圖像尺寸較大情況下，這些循環(huán)語句的調(diào)用會花費比較多的時間，造成數(shù)據(jù)處理實時性能不足；針對這種不足，考慮到Verilog語言的并行處理特點，提出具有實時處理能力的置亂擴散加密原理框圖，如圖3所示。
從原理上分析，置亂算法和擴散算法的運算對象不同，置亂算法處理的是像素位置，而擴散算法處理的是像素值。因此，借助Verlog語言的并行性特點，可以同時進行置亂算法和擴散算法。一方面將圖像像素坐標(biāo)信息傳送到置亂加密模塊中，產(chǎn)生置亂后的地址，連接到SRAM的地址總線上；另一方面從視頻圖像中不斷地緩存連續(xù)的4個像素值傳送到擴散加密模塊中，經(jīng)過擴散算法后產(chǎn)生4個新的像素值，送到SRAM的數(shù)據(jù)總線上。
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