基于摄像头采集的混沌视频加密研究
2．1 系统的总体框架
设计的系统由A／D转换、FPGA控制处理、外部SRAM和VGA组成，如图1所示。A／D转换部分用于图像数据的采集和模数转换。设计采用AD公司的视频解码芯片ADV7181。FPGA控制处理部分采用Altera公司的CydoneII系列芯片作为控制处理核心，负责前端数据采集和存储，同时将数据传输至显示器。另外，由于视频数据采集的实时性和连续性要求，采用外部SRAM作为存储设备。
2. 2 视频采集的流程分析
视频采集系统主要包括ITU656解码模块、I2C接口模块、SRAM控制模块和VGA显示模块。
当系统加电后，首先通过过I2C接口模块对ADV7181芯片进行初始化，使ADV7181芯片输出标准的PAL制式数据。当程序判断出接收到的是有效视频数据时，ITU656解码模块对A／D芯片产生的PAL制式数据流进行串并转换和YUVtoRGB转换，产生适合显示的RGB数据格式。随后FPGA将转换后的图像数据存入SRAM中，当接收完一帧图像数据后，FPGA将从SRAM中读出视频图像数据并通过VGA模块在CRT显示器上显示，与此同时FPGA继续控制下一帧视频的采集、转换、存储和显示。整个视频采集的流程如图2所示。
3 视频混沌加密系统的设计
混沌加密系统中，混沌加密算法的设计至关重要，它决定了混沌加密系统的安全性以及执行效率。此外，由于视频数据置庞大和实时性的特点，对混沌加密系统的执行效率提出了更高的要求。具体的说，应尽可能的避免重复的迭代运算，采用流水线式的结构实现高速运算。
文中加密算法采用猫映射置乱算法和扩散算法相结合的方法实现。传统用C语言实现的置乱和扩散加密方式主要是先对整幅图像进行置乱后再进行扩散加密，程序中存在多次循环语句的调用，在图像尺寸较大情况下，这些循环语句的调用会花费比较多的时间，造成数据处理实时性能不足；针对这种不足，考虑到Verilog语言的并行处理特点，提出具有实时处理能力的置乱扩散加密原理框图，如图3所示。
从原理上分析，置乱算法和扩散算法的运算对象不同，置乱算法处理的是像素位置，而扩散算法处理的是像素值。因此，借助Verlog语言的并行性特点，可以同时进行置乱算法和扩散算法。一方面将图像像素坐标信息传送到置乱加密模块中，产生置乱后的地址，连接到SRAM的地址总线上；另一方面从视频图像中不断地缓存连续的4个像素值传送到扩散加密模块中，经过扩散算法后产生4个新的像素值，送到SRAM的数据总线上。
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