基于DSP+FPGA的多混沌实时视频图像加密系统

摘要：针对视频图像在数字通信中存在着安全和隐私问题，提出了基于DSP+FPGA技术来实现实时视频图像加密的系统设计方案，并详细介绍了多混沌加密算法在DSP和FPGA上的实现。实验结果表明多混沌实时视频图像加密增强了视频图像传输的安全性，同时证明了本系统对实时视频图像能快速地进行加密。
关键词：图像加密；混沌加密；DSP；FPGA

0 引言
随着数字通信在网络中使用越来越频繁，视频的安全保密也显得越来越重要。在数字通信领域，许多在存储和传输中安全可靠的视频产品得到广泛应用，例如：付费电视、机密视频会议和医学图像系统等。从1970年开始就有许多优秀的密码技术已经确定并得到广泛的应用，如DES、IDEA和RSA等，同时也有许多密码技术由于加密速度不是很快，不能直接应用于视频加密中。因此，为了保护传输中的实时视频内容，研究一些专门的实时视频图像加密算法显得十分重要。针对上述问题，本文提出一种基于DSP+FPGA技术来实现实时视频图像加密。

1 多混沌图像加密
多混沌图像加密算法是通过多路选择器选择针对某一段数据采取哪种加密方式和密钥，然后对明文进行加密生成密文，多混沌图像加密算法框架如图1所示。多混沌图像加密算法涉及到流加密、分组加密及多路选择器。

1．1 流加密
流加密的密钥是利用两个不同的一维逐段性混沌映射x1(i+1)=F1(x1(i)，p1)，x2(i+1)=F2(x2(i)，p2)来生成x1(i+1)和x2(i+1)两个拟混沌轨道变量，然后利用非线性变换生成伪随机比特序列。采用的一维逐段性混沌映射如下：

其中x(i)∈(0，1)，p∈(0，0．5)，x(0)作为初始条件，p是控制参数。
伪随机比特序列是利用非线性原则来生成比特序列，其生成器如下：

流加密是将64bit的明文pi和64bit的伪随机序列Si进行异或运算，公式如下：
Pi’=Pi⊕Si (3)
1．2 分组加密
分组加密是首先将64bit的明文分组成8组，然后读入流加密生成的64bit伪随机序列Si，最后将和Si异或运算后左循环移8位得到，将替代，重复变换n=18次。其变换公式如下：


1．3 多路选择器
多路选择器是利用一个一维逐段性混沌映射x3(i+1)=F3(x3(i)，p3)迭代多次来生成一个混沌轨道变量x3(i+1)，然后依据式(7)来生成伪随机比特r，最后根据r来决定采用哪种加密算法，r=0时采用流加密，r=1时采用分组加密。