2008年惠普实验室利用TiO2研制出世界上第一个实际忆阻器器件，之后对TiO2忆阻器的研究成为热点。TiO2忆阻器是一种具有记忆特性和纳米级结构的非线性电阻，是除电容、电感、电阻外的第四种电路元件，其在数据存储、神经网络以及非线性电路等方面具有很大的发展空间。基于此背景，本文研究了TiO2忆阻器模型，基于TiO2忆阻器模型和蔡氏混沌振荡电路，设计了一种新的含有TiO2忆阻器的混沌电路。详细分析了该电路的动力学特性，并进行了DSP数字化实现，对生成的混沌序列进行了NIST测试。结合H.264编码，利用此混沌序列设计了基于4×4子块的DCT系数混沌加密算法，并应用于视频的加密过程中。　　本文主要研究内容包括以下几个方面：　　（1）忆阻器作为一种非线性器件，其与混沌学有着千丝万缕的关系，同时混沌学与密码学密切相关。研究了混沌学基本理论和几种典型的离散混沌系统和连续混沌系统，分析了密码学基本理论以及混沌学与密码学之间的联系，对忆阻器的特性，应用领域和发展趋势做了综述。　　（2）基于TiO2忆阻器模型和著名的蔡氏电路，设计了一个新的含有TiO2忆阻器的混沌振荡电路。对该电路进行了动力学特性分析，包括平衡点集的求解及其稳定性的判断，分岔图和Lyapunov指数图谱的分析等。通过DSP技术对忆阻器混沌电路进行了实验验证，并对产生的混沌序列进行了NIST测试，结果显示此序列具有良好的随机性。　　（3）将TiO2忆阻器混沌序列与H.264编码相结合，提出了一种新的基于4×4子块的DCT系数混沌加密算法。算法设计采用了图像加密中经典的加密模型，即置乱-扩散模型，置乱过程的实现基于H.264编码结构中宏块特点，对4×4子块整体进行混沌占空置乱，并不改变子块中像素点的值；扩散过程首先对4×4子块进行分层整合，然后对整合后的像素点依次进行混沌占空置乱和扩散操作，扩散中融合了DNA编码，其大大提高了算法的安全性。采用JM软件结合算法对视频进行加密，实验结果显示，此算法可以实现对视频图像很好的隐藏效果，同时分析了算法的密钥空间，相比于传统经典算法的密钥空间，其密钥空间足够大，可以满足视频加密的用户需求。