基于FPGA的圖像實時加密系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf

1、當今信息化時代，無論國家、單位和個人的很多重要信息，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和傳輸，不可避免地面臨著被竊取和攻擊的危險，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)域的一個重要研究方向，世界各國都投入了巨大力量從事這方面的理論研究和系統(tǒng)、設(shè)備的開發(fā)。
　　信息加解密和密碼學是一門歷史悠久的學科，在不同的歷史時期，針對不同的加密數(shù)據(jù)對象，需要不同的理論及實現(xiàn)方法。本課題針對實時視頻數(shù)據(jù)流，從設(shè)

2、計實現(xiàn)成本的角度考慮，綜合分析視頻流數(shù)據(jù)特點及其對設(shè)計資源的需求，采用一款低成本FPGA開發(fā)板，實現(xiàn)了改進的Arnold-Logistic混合加解密算法，設(shè)計完成了視頻圖像實時加密系統(tǒng)并進行了硬件演示驗證。論文主要工作包括對視頻傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進行分析，在此基礎(chǔ)上，把視頻加密系統(tǒng)的設(shè)計分作三大步驟來實現(xiàn)：即視頻圖像直通平臺的搭建、視頻圖像數(shù)據(jù)流加密模塊的設(shè)計、系統(tǒng)各個功能模塊及最終系統(tǒng)的仿真驗證。整體設(shè)計工作是基于一款A(yù)ltera Cycl

3、one II EP2C5Q208C8NFPGA開發(fā)板及其開發(fā)環(huán)境完成的。
　　視頻圖像直通平臺，主要是采用Verilog硬件描述語言設(shè)計實現(xiàn)。首先通過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)動模塊，驅(qū)動外部顯示器顯示實時視頻圖像，方便驗證

4、直通平臺以及后續(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)計方式來實現(xiàn)。首先在Matlab的Simulink平臺下，調(diào)用DSP Builder工具箱的標準庫中模塊來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硬件描述語言文件，并啟動Quartus編譯綜合、布局布線，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的工程中調(diào)用加

5、密算法模塊，完成整個系統(tǒng)的設(shè)計。
　　仿真驗證工作貫穿在整個設(shè)計的各個環(huán)節(jié)。每個模塊以及整個系統(tǒng)都需要經(jīng)過很多次重復(fù)的設(shè)計、仿真驗證、修改設(shè)計工作，最終才能得到性能穩(wěn)定、功能滿足設(shè)計指標的系統(tǒng)。設(shè)計中主要是通過Modelsim、Quartus II和Simulink中自帶仿真驗證工具來實現(xiàn)軟件仿真，并通過DSP Builder的在線測試以及配置到FPGA中來實現(xiàn)硬件仿真。
　　通過采用自頂向下的設(shè)計方法，對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能模塊