基于DSP+FPGA的多混沌實(shí)時(shí)視頻圖像加密系統(tǒng)

摘要：針對(duì)視頻圖像在數(shù)字通信中存在著安全和隱私問(wèn)題，提出了基于DSP+FPGA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻圖像加密的系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)介紹了多混沌加密算法在DSP和FPGA上的實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明多混沌實(shí)時(shí)視頻圖像加密增強(qiáng)了視頻圖像傳輸?shù)陌踩裕瑫r(shí)證明了本系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)視頻圖像能快速地進(jìn)行加密。
關(guān)鍵詞：圖像加密；混沌加密；DSP；FPGA

0 引言
隨著數(shù)字通信在網(wǎng)絡(luò)中使用越來(lái)越頻繁，視頻的安全保密也顯得越來(lái)越重要。在數(shù)字通信領(lǐng)域，許多在存儲(chǔ)和傳輸中安全可靠的視頻產(chǎn)品得到廣泛應(yīng)用，例如：付費(fèi)電視、機(jī)密視頻會(huì)議和醫(yī)學(xué)圖像系統(tǒng)等。從1970年開(kāi)始就有許多優(yōu)秀的密碼技術(shù)已經(jīng)確定并得到廣泛的應(yīng)用，如DES、IDEA和RSA等，同時(shí)也有許多密碼技術(shù)由于加密速度不是很快，不能直接應(yīng)用于視頻加密中。因此，為了保護(hù)傳輸中的實(shí)時(shí)視頻內(nèi)容，研究一些專(zhuān)門(mén)的實(shí)時(shí)視頻圖像加密算法顯得十分重要。針對(duì)上述問(wèn)題，本文提出一種基于DSP+FPGA技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻圖像加密。

1 多混沌圖像加密
多混沌圖像加密算法是通過(guò)多路選擇器選擇針對(duì)某一段數(shù)據(jù)采取哪種加密方式和密鑰，然后對(duì)明文進(jìn)行加密生成密文，多混沌圖像加密算法框架如圖1所示。多混沌圖像加密算法涉及到流加密、分組加密及多路選擇器。

1．1 流加密
流加密的密鑰是利用兩個(gè)不同的一維逐段性混沌映射x1(i+1)=F1(x1(i)，p1)，x2(i+1)=F2(x2(i)，p2)來(lái)生成x1(i+1)和x2(i+1)兩個(gè)擬混沌軌道變量，然后利用非線性變換生成偽隨機(jī)比特序列。采用的一維逐段性混沌映射如下：

其中x(i)∈(0，1)，p∈(0，0．5)，x(0)作為初始條件，p是控制參數(shù)。
偽隨機(jī)比特序列是利用非線性原則來(lái)生成比特序列，其生成器如下：

流加密是將64bit的明文pi和64bit的偽隨機(jī)序列Si進(jìn)行異或運(yùn)算，公式如下：
Pi’=Pi⊕Si (3)
1．2 分組加密
分組加密是首先將64bit的明文分組成8組，然后讀入流加密生成的64bit偽隨機(jī)序列Si，最后將和Si異或運(yùn)算后左循環(huán)移8位得到，將替代，重復(fù)變換n=18次。其變換公式如下：


1．3 多路選擇器
多路選擇器是利用一個(gè)一維逐段性混沌映射x3(i+1)=F3(x3(i)，p3)迭代多次來(lái)生成一個(gè)混沌軌道變量x3(i+1)，然后依據(jù)式(7)來(lái)生成偽隨機(jī)比特r，最后根據(jù)r來(lái)決定采用哪種加密算法，r=0時(shí)采用流加密，r=1時(shí)采用分組加密。