憶阻器模型及其在混沌電路與圖像水印中的應(yīng)用研究.pdf

1、自從2008年惠普實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)了TiO2憶阻器以來,憶阻器的研究受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度關(guān)注。TiO2憶阻器是一個(gè)具有記憶作用和納米尺度結(jié)構(gòu)的非線性電阻,在非易失存儲(chǔ)器、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和超大規(guī)模集成電路等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景,但迄今憶阻器元件尚未市場(chǎng)化。在此背景下,為了認(rèn)識(shí)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(xué)模型和等效電路模型,以TiO2憶阻器模型為基礎(chǔ),構(gòu)造了一個(gè)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(shù)相結(jié)合,提出了基于HVS和DWT的數(shù)字水印算法,并對(duì)算法進(jìn)行了不可見性和魯棒性評(píng)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(chǎng)化的情況下,為了給憶阻器電路實(shí)驗(yàn)研究提供一種可替代的硬件模型(或仿真器),根據(jù)HP實(shí)驗(yàn)室給出的TiO2憶阻器伏安特性,利用集成運(yùn)放電路設(shè)計(jì)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(lì)下,對(duì)模型的端口伏安特性進(jìn)行了Multism電路仿真,仿真結(jié)果與理論特性完全相符。根據(jù)

3、HP實(shí)驗(yàn)室給出的TiO2憶阻器的荷控電阻模型,在理論上推導(dǎo)得到了憶阻器的磁控電導(dǎo)數(shù)學(xué)模型,為憶阻器混沌電路的設(shè)計(jì)提供模型基礎(chǔ)。
　　(2)為了探索憶阻器在非線性電路中的動(dòng)力學(xué)特性,用TiO2憶阻器記憶電導(dǎo)模型替代經(jīng)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(duì)混沌振蕩電路進(jìn)行了基本動(dòng)力學(xué)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(dòng)力學(xué)特性,研究了其初始值的分岔情況。通過DSP技術(shù)對(duì)

4、憶阻器混沌電路進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。最后,介紹了混沌序列的產(chǎn)生方法,并對(duì)產(chǎn)生的混沌序列進(jìn)行NIST測(cè)試,發(fā)現(xiàn)其序列性能良好,可以用于后面應(yīng)用當(dāng)中。
　　(3)研究了憶阻器的另一種實(shí)際應(yīng)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(shù)相結(jié)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(chǎn)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(shí)現(xiàn)該算法,分析了該算法的不可見性和魯棒性。同