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监控系统中图像数据缓存及处理研究

作　者: 龙长贵
导　师: 马秀荣
学　校: 天津理工大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: DSP FPGA 监控系统数据缓存图像加密
分类号: TP277
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 3次
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内容摘要

随着国家对社会安全的重视,嵌入式监控系统得到了广泛的研究与应用。在嵌入式监控系统中,需要对大量图像数据进行高速的传输与处理,如何提高系统中图像数据的传输及处理速度是保证系统实时性的关键因素；当监控系统中的图像数据属于保密信息时,需要对图像进行安全加密。基于上述原因,该文基于DSP+FPGA的嵌入式监控系统,对系统中图像数据的传输处理及图像数据的安全加密进行了研究,完成的主要工作如下：1.针对单FIFO缓存器在读/写频率差较大的情况下出现读／写等待的问题,设计了一种高速的传输缓存方法,利用FPGA构造了双FIFO传输缓存结构,双FIFO交替工作减少了数据缓存时的读／写等待时间；针对DSP读取外部存储器耗费CPU资源较多的问题,利用DSP的片上资源,在DSP内部RAM中设计了三缓存结构,CPU直接访问处理三缓存中数据,节省了CPU处理周期,提高了处理速度。2.针对目前混沌加密算法中密钥参数直接选取造成密钥空间小的问题,提出了一种基于外部密钥的多混沌加密算法,该算法通过Chebyshev映射控制Tent映射和Logistic映射的初值和参数,增大了算法的密钥空间；利用Tent混沌映射的均匀分布特性完成对图像像素的置乱,利用Logistic映射对初值的高敏感性完成对图像像素的扩散。仿真结果表明,该算法具有较大的密钥空间至少可达1085,具有很高的密钥敏感性和良好的统计特性,可以有效的抵御统计攻击和穷举统计。3.根据超混沌系统产生的混沌序列的随机性更高的特性,提出了一种基于Tent映射和超混沌Lorenz映射的图像加密算法,该算法利用Tent映射序列分布更加均匀的特性来实现像素的位置置换,利用超混沌Lorenz系统的结构复杂及混沌序列随机性高等特点实现图像像素的扩散。仿真实验及安全分析表明,该算法拥有很大的密钥空间至少可达10%,且具有很高密钥敏感性和良好的统计特性,可以有效地抵御穷举攻击和统计攻击,具有很高的安全性和实用价值。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-7
目录  7-9
第一章绪论  9-16
  1.1 课题研究的背景与意义  9
  1.2 视频监控系统研究现状  9-13
    1.2.1 嵌入式监控系统的几种实现方法  9-11
    1.2.2 系统中图像数据的缓存处理研究现状  11-13
  1.3 图像加密的研究现状  13-14
  1.4 论文的研究内容及组织结构  14-16
第二章相关理论与关键技术分析  16-34
  2.1 DSP和FPGA的芯片介绍  16-19
    2.1.1 FPGA的结构和特性  16-17
    2.1.2 DSP的结构与特点  17-19
  2.2 系统中数据传输及缓存的关键技术  19-25
    2.2.1 先进先出缓存器FIFO  19-21
    2.2.2 直接存储器访问DMA  21-23
    2.2.3 外部存储器接口EMIF  23-25
  2.3 密码与混沌介绍  25-30
    2.3.1 密码学研究  25-27
    2.3.2 混沌系统  27-29
    2.3.3 混沌系统与密码学的关系  29-30
  2.4 基于混沌的图像加密技术  30-33
    2.4.1 基于混沌图像加密的一般模型  30-31
    2.4.2 混沌加密系统的设计步骤  31
    2.4.3 图像加密的安全性评价标准  31-33
  2.5 本章小结  33-34
第三章基于DSP+FPGA的监控系统硬件设计  34-44
  3.1 嵌入式监控系统设计原理  34-35
  3.2 系统的硬件设计  35-43
    3.2.1 最小系统设计  35-37
    3.2.2 存储电路设计  37-40
    3.2.3 图像采集模块设计  40-41
    3.2.4 图像显示模块设计  41-42
    3.2.5 网络传输模块  42-43
  3.3 本章小结  43-44
第四章监控系统中图像数据的高速缓存方案设计  44-52
  4.1 双FIFO传输缓存设计方案  44-47
    4.1.1 FIFO传输缓存分析  44-45
    4.1.2 双FIFO传输缓存方案设计  45-47
  4.2 基于内部RAM的高速_三缓存处理结构  47-49
    4.2.1 基于内部RAM的三缓存结构设计  47-48
    4.2.2 基于内部RAM三缓存结构仿真分析  48-49
  4.3 实验结果  49-51
  4.4 本章小结  51-52
第五章系统中图像数据的安全处理  52-68
  5.1 基于外部密钥的多混沌图像加密算法  52-61
    5.1.1 混沌映射介绍  52-54
    5.1.2 图像加密算法设计  54-57
    5.1.3 加密解密步骤  57
    5.1.4 安全性分析  57-61
    5.1.5 小结  61
  5.2 基于Tent映射和超混沌Lorenz映射的图像加密算法  61-67
    5.2.1 混沌映射介绍  62-63
    5.2.2 图像加密算法设计  63-64
    5.2.3 加密解密步骤  64
    5.2.4 安全性分析  64-67
    5.2.5 小结  67
  5.3 本章小结  67-68
第六章总结与展望  68-69
参考文献  69-72
发表论文和科研情况说明  72-73
致谢  73

监控系统中图像数据缓存及处理研究

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