基于FPGA的圖像實(shí)時(shí)加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn).pdf

1、當(dāng)今信息化時(shí)代，無(wú)論國(guó)家、單位和個(gè)人的很多重要信息，都是以數(shù)字圖形、圖像、視頻的形式存在。這些圖像視頻文件的存儲(chǔ)和傳輸，不可避免地面臨著被竊取和攻擊的危險(xiǎn)，因此圖像視頻文件的加解密研究是信息安全保密研究領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向，世界各國(guó)都投入了巨大力量從事這方面的理論研究和系統(tǒng)、設(shè)備的開(kāi)發(fā)。
　　信息加解密和密碼學(xué)是一門(mén)歷史悠久的學(xué)科，在不同的歷史時(shí)期，針對(duì)不同的加密數(shù)據(jù)對(duì)象，需要不同的理論及實(shí)現(xiàn)方法。本課題針對(duì)實(shí)時(shí)視頻數(shù)據(jù)流，從設(shè)

2、計(jì)實(shí)現(xiàn)成本的角度考慮，綜合分析視頻流數(shù)據(jù)特點(diǎn)及其對(duì)設(shè)計(jì)資源的需求，采用一款低成本FPGA開(kāi)發(fā)板，實(shí)現(xiàn)了改進(jìn)的Arnold-Logistic混合加解密算法，設(shè)計(jì)完成了視頻圖像實(shí)時(shí)加密系統(tǒng)并進(jìn)行了硬件演示驗(yàn)證。論文主要工作包括對(duì)視頻傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上，把視頻加密系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分作三大步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)：即視頻圖像直通平臺(tái)的搭建、視頻圖像數(shù)據(jù)流加密模塊的設(shè)計(jì)、系統(tǒng)各個(gè)功能模塊及最終系統(tǒng)的仿真驗(yàn)證。整體設(shè)計(jì)工作是基于一款A(yù)ltera Cycl

3、one II EP2C5Q208C8NFPGA開(kāi)發(fā)板及其開(kāi)發(fā)環(huán)境完成的。
　　視頻圖像直通平臺(tái)，主要是采用Verilog硬件描述語(yǔ)言設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。首先通過(guò)FPGA配置CMOS圖像傳感器OV7670的內(nèi)部寄存器，使其輸出像素為640x480的VGA視頻圖像數(shù)據(jù)流；然后FPGA正確捕獲送來(lái)的視頻圖像數(shù)據(jù)，并送到外部64MB的SDRAM芯片中緩存；最后從SDRAM中提取圖像數(shù)據(jù)送到VGA接口驅(qū)動(dòng)模塊，驅(qū)動(dòng)外部顯示器顯示實(shí)時(shí)視頻圖像，方便驗(yàn)證

4、直通平臺(tái)以及后續(xù)圖像處理后的效果。
　　視頻圖像數(shù)據(jù)的加密模塊部分，主要采用模型設(shè)計(jì)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。首先在Matlab的Simulink平臺(tái)下，調(diào)用DSP Builder工具箱的標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)中模塊來(lái)搭建正確的圖像加密模型；然后調(diào)用Signal Compiler模塊把DSP Builder模型轉(zhuǎn)換成VHDL硬件描述語(yǔ)言文件，并啟動(dòng)Quartus編譯綜合、布局布線(xiàn)，最終生成圖像加密算法模型腳本文件；最后，在搭建好的視頻圖像直通平臺(tái)的工程中調(diào)用加

5、密算法模塊，完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。
　　仿真驗(yàn)證工作貫穿在整個(gè)設(shè)計(jì)的各個(gè)環(huán)節(jié)。每個(gè)模塊以及整個(gè)系統(tǒng)都需要經(jīng)過(guò)很多次重復(fù)的設(shè)計(jì)、仿真驗(yàn)證、修改設(shè)計(jì)工作，最終才能得到性能穩(wěn)定、功能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)指標(biāo)的系統(tǒng)。設(shè)計(jì)中主要是通過(guò)Modelsim、Quartus II和Simulink中自帶仿真驗(yàn)證工具來(lái)實(shí)現(xiàn)軟件仿真，并通過(guò)DSP Builder的在線(xiàn)測(cè)試以及配置到FPGA中來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件仿真。
　　通過(guò)采用自頂向下的設(shè)計(jì)方法，對(duì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊