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混沌是一种貌似无规则的运动,在确定性非线性系统中,不需附加任何随机因素亦可出现类似随机的行为。它广泛渗透在生物学、地理学、力学、数学、化学、大气学、天文学、工程学等各个领域。而混沌和混沌通信也成为了当今社会的前沿课题和研究热点,有着非常重要的理论和实际意义。
本文主要提出了一种基于FPGA嵌入式以太网传输的数字图像混沌保密通信新方案。在算法实现方面,根据Euler算法和变量比例扩张变换,对连续时间混沌系统作离散化处理,在嵌入式Linux环境下,以8涡卷Chua系统为例,通过c语言编程,在FPGA开发平台上产生作为加密和解密的混沌数字序列。在系统设计与硬件实现方面,根据驱动响应式同步原理,在型号为XUP Virtex-Ⅱ Pro的FPGA开发平台上,通过嵌入式以太网传输,实现了512×512BMP格式的静止彩色图像混沌保密通信,给出了系统设计与硬件实现结果。
首先在第一章总体上介绍了本课题的研究背景、研究历程和它的研究意义。第二章具体地介绍了混沌的一些基本概念。为后面的混沌保密系统研究提供了混沌理论及相关技术基础。混沌保密通信的基本原理就是利用混沌信号的类随机性和它对初始条件的高度敏感特征,构造出其含有密钥包含在初值或参数条件中的保密系统。由于本文数字图像混沌保密通信系统是基于Xilinx的FPGA嵌入式Linux技术开发的,所以在第三章简要地介绍了嵌入式Linux操作系统的特征及其体系结构;介绍了Xilinx公司开发板的两种核心处理器MicroBlaze和PPC405 Core以及基于它们的SOPC软硬件开发技术。另外,由于涉及到以太网传输的实现功能,本文详细说明了嵌入式Linux下的基础网络编程技术。第四章利用混沌保密通信系统的原理,将图像置乱技术与混沌保密通信系统相结合,设计了一种图像置乱和基于闭环和反馈形式相结合的混沌保密通信相结合的图像保密通信系统,并对其进行了实验仿真。结果表明:该方法加密效果较好,保密程度较高,是一种理想的图像保密技术。第五章在前面几章的基础上设计实现了硬件平台上的数字图像混沌加密的以太网传输。主要特点是在FPGA开发平台上嵌入内核,通过Linux操作系统,构造一个包含图像信号在内的闭环回路,可实现发送端与接收端之间混沌系统的严格同步,从而对数字图像信号进行混沌加密、以太网传输及混沌解密。软件仿真和硬件实现结果证实了该方案的可行性。