憶阻器模型及其在混沌電路與圖像水印中的應用研究.pdf

1、自從2008年惠普實驗室實現(xiàn)了TiO2憶阻器以來,憶阻器的研究受到了國內外學者的高度關注。TiO2憶阻器是一個具有記憶作用和納米尺度結構的非線性電阻,在非易失存儲器、人工神經網(wǎng)絡和超大規(guī)模集成電路等領域有著廣闊的應用前景,但迄今憶阻器元件尚未市場化。在此背景下,為了認識憶阻器的電路特性,本文研究TiO2憶阻器的電路特性,建立了其數(shù)學模型和等效電路模型,以TiO2憶阻器模型為基礎,構造了一個新的憶阻器混沌振蕩電路,把憶阻器混沌與數(shù)字水印技

2、術相結合,提出了基于HVS和DWT的數(shù)字水印算法,并對算法進行了不可見性和魯棒性評估。本文的主要工作可以概括為以下幾方面:
　　(1)在憶阻器元件尚未市場化的情況下,為了給憶阻器電路實驗研究提供一種可替代的硬件模型(或仿真器),根據(jù)HP實驗室給出的TiO2憶阻器伏安特性,利用集成運放電路設計了憶阻器的一種等效電路模型。在不同頻率的正弦和三角波激勵下,對模型的端口伏安特性進行了Multism電路仿真,仿真結果與理論特性完全相符。根據(jù)

3、HP實驗室給出的TiO2憶阻器的荷控電阻模型,在理論上推導得到了憶阻器的磁控電導數(shù)學模型,為憶阻器混沌電路的設計提供模型基礎。
　　(2)為了探索憶阻器在非線性電路中的動力學特性,用TiO2憶阻器記憶電導模型替代經典蔡氏電路中的蔡氏二極管,提出了一種基于TiO2憶阻器的混沌振蕩電路。對混沌振蕩電路進行了基本動力學分析、分岔圖分析及Lyapunov指數(shù)譜分析等。為了更深入地理解其動力學特性,研究了其初始值的分岔情況。通過DSP技術對

4、憶阻器混沌電路進行了實驗驗證。最后,介紹了混沌序列的產生方法,并對產生的混沌序列進行NIST測試,發(fā)現(xiàn)其序列性能良好,可以用于后面應用當中。
　　(3)研究了憶阻器的另一種實際應用,即數(shù)字圖像水印,將提出的TiO2憶阻器混沌系統(tǒng)和數(shù)字圖像水印技術相結合,提出了基于HVS和DWT數(shù)字水印算法。首先,將TiO2憶阻器混沌系統(tǒng)產生的性能良好的序列用于水印圖像的加密。其次,通過Matlab軟件實現(xiàn)該算法,分析了該算法的不可見性和魯棒性。同