基于DSP的混沌数字图像加密与硬件实现

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混沌作为非线性系统中特有的运动形式,类随机性、对初值高度敏感性等特点,使其在保密通信中表现出了较好的应用前景。高效稳定的获得混沌信号是进行混沌保密通信的前提。近年来,有众多研究混沌的专家、学者提出了多种产生混沌信号的新模型和硬件实现的新方法、新技术。本文提出了一个新三维自治混沌系统,通过对系统的相图、耗散性、Lyapunov指数谱与维数和平衡点稳定性的分析,初步论证了该系统的混沌特性,在此基础上,我们给出电路的模块化设计并进行了仿真,同样产生了混沌吸引子,文中给出了电路设计框图和仿真结果,让我们对混沌新系统的研究有了更清楚的认识。产生混沌吸引子的非线性函数主要有分段线性函数、锯齿波、三角波、指数函数、多项式等,它们能在CHUA电路、JERK电路等电路中产生多种混沌吸引子,在这里,我们用双曲正切函数构造多涡卷蔡氏混沌系统,进行数值仿真产生了多涡卷混沌吸引子,接着我们将该系统进行数字化设计,用DSP的集成开发环境CCS实现了对此系统的仿真,可以发现CCS实现与数值的结果基本一致,并且该方法具有一定的普适性,这为混沌系统更多地应用于数字器件场合,尤其是数字保密通信,提供了一种新的思路。最后,在DSP的基础上我们实现了数字图像的混沌加密与其硬件实现,为了进一步证明在CCS集成开发环境中对混沌系统进行数字化设计产生混沌吸引子该方法的普适性,我们重新选取了大家常用的高维Lorenz系统作为加密的混沌系统,根据前面介绍的离散化和数字化处理技术,对三维Lorenz混沌系统作相应处理,用C语言和DSP技术产生三维Lorenz混沌迭代序列,分别对数字图像的红、绿、蓝三基色信号进行混沌加密和解密.基于芯片型号为TMS320VC5509A的DSP开发平台,以80×80 BMP格式的灰度图像为例,设计了Lorenz混沌序列对数字图像进行加密与解密算法,给出了DSP硬件实现结果。成功实现了数字图像的混沌加密。
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