一种视频混沌保密通信的系统及方法与流程

本发明涉及通信领域，特别是涉及一种视频混沌保密通信的系统及方法。

背景技术：

混沌保密通信算法虽然日趋成熟，但是其硬件实现技术却相对滞后。

混沌保密通信可以在多种硬件平台上实现，例如arm以及dsp等。但是，由于硬件实现技术的相对落后，现在很少有完整且性能强大的视频混沌保密通信系统。更进一步地，由于sopc硬件平台的特点，也导致现在无法在sopc硬件平台上实现视频混沌保密通信。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种视频混沌保密通信的系统及方法，目的在于解决现有技术中无法在sopc硬件平台上实现视频混沌保密通信的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种视频混沌保密通信的系统，该系统包括：

视频采集装置，用于采集实时的视频数据；

基于第一sopc芯片的发送装置，用于将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；

基于第二sopc芯片的接收装置，用于接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；

第一显示装置，与所述接收装置相连，用于显示所述视频数据。

可选地，所述发送装置包括：

第一存储模块，用于存储所述视频数据；

第一处理器，与所述第一存储模块相连，用于读取所述视频数据，以预设混沌密钥，加密所述视频数据，得到所述加密视频数据；

网络发送模块，与所述第一处理器相连，用于基于网络，发送所述加密视频数据。

可选地，所述第一存储模块包括第一读写控制单元、第一存储单元、第二读写控制单元以及第二存储单元；

其中，所述第一读写控制单元用于将采集的所述视频数据写入所述第一存储单元；

所述第二读写控制单元用于读取所述第一存储单元内的所述视频数据，并将所述视频数据写入所述第二存储单元。

可选地，所述接收装置包括：

网络接收模块，用于基于网络，接收所述加密视频数据；

第二处理器，与所述网络接收模块相连，用于以所述预设混沌密钥，解密所述加密视频数据，得到所述视频数据；

第二存储模块，与所述第二处理器相连，用于存储解密后的所述视频数据。

可选地，所述第二存储模块包括第三读写控制单元、第三存储单元、第四读写控制单元以及第四存储单元；

其中，所述第三读写控制单元用于读取所述第三存储单元的所述视频数据，并将所述视频数据写入所述第四存储单元；

所述第四读写控制单元用于将所述第四存储单元内的所述视频数据读取至所述第一显示装置。

可选地，还包括：

第二显示装置，与所述发送装置相连，用于显示所采集的所述视频数据。

此外，本发明还提供了一种视频混沌保密通信的方法，该方法包括：

视频采集装置采集实时的视频数据；

基于第一sopc芯片的发送装置将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；

基于第二sopc芯片的接收装置接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；

基于第一显示装置，显示所述视频数据。

本发明所提供的一种视频混沌保密通信的系统及方法，通过视频采集装置采集实时的视频数据；基于第一sopc芯片的发送装置将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；基于第二sopc芯片的接收装置接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；基于第一显示装置，显示所述视频数据。本申请基于sopc芯片的发送装置和接收装置，将实时采集的视频数据，发送至接收装置，并显示所接收到的视频数据，在sopc硬件平台上实现了视频混沌保密通信。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信系统的一种具体实施方式的结构示意框图；

图2为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信系统的硬件实现总框图；

图3为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信方法的一种具体实施方式的流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1，图1为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信系统的一种具体实施方式的结构示意框图，该系统包括：

视频采集装置11，用于采集实时的视频数据；基于第一sopc芯片的发送装置12，用于将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；基于第二sopc芯片的接收装置13，用于接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；第一显示装置14，与所述接收装置相连，用于显示所述视频数据。

上述sopc(system-on-a-programmable-chip)芯片指的是可编程片上系统芯片，该芯片包括arm处理器和fpga。具体地，该sopc芯片可以具体为zynq7020芯片，也可以具体为其它类型的sopc芯片，在此不作限定。

第一sopc芯片内的arm处理器可以用于对视频数据进行混沌加密。fpga内的控制网络控制器以及amr处理器相配合来将加密视频数据进行发送，具体地arm处理器实现tcp/ip层功能，网络控制器实现链路层功能。

第二sopc芯片内的arm处理器可以用于将接收到的加密视频数据进行混沌解密。相应地，fpga和arm处理器相配合，完成加密视频数据的接收，并将解密后的视频数据显示出来。

混沌加密一般是基于密钥来完成的，在本发明实施例中，所使用的混沌加密方程可以如下所示：

其中，x、y以及z为状态变量，密钥参数aij(i,j＝1,2,3)，其大小可以为：

混沌加密方程中的o(k)为加密视频序列，其表达式可以为：

s(k)为原始视频信号。

根据上文提供的式子，将状态变量x(k)进行迭代。状态变量x(k)每迭代一次，取迭代值整数位的低8位(等同于取整取模256运算)获得一个字节位宽。混沌序列与原始视频数据进行异或运算获得一个加密字节o(k)，以完成对视频像素的加密，从而对视频进行混沌加密。

而混沌解密是混沌加密的逆过程，故可以采用密钥参数、相同的混沌解密方程对接收的加密视频数据进行解密，具体过程在此不再赘述。

显而易见地，当密钥参数匹配正确时，可以还原出解密后的原始视频，成功解密，此时，显示装置可以正常显示解密之后的视频数据；当密钥参数匹配失配时，则不能还原出原始视频，解密失败，此时，显示装置不能正常显示视频数据，所显示出的是雪花点。

上述发送装置12可以包括：第一存储模块，用于存储所述视频数据；第一处理器，与所述第一存储模块相连，用于读取所述视频数据，以预设混沌密钥，加密所述视频数据，得到所述加密视频数据；网络发送模块，与所述第一处理器相连，用于基于网络，发送所述加密视频数据。

上述第一处理器可以是指上文内sopc芯片内的arm处理器。上述网络发送模块可以包括网络控制器、网卡芯片以及路由器等装置，其中，网络控制器可以包括在sopc芯片内的fpga内，即通过fpga的逻辑电路，来实现网络控制功能。

为了实现读写同步，上述第一存储模块优选地可以包括第一读写控制单元、第一存储单元、第二读写控制单元以及第二存储单元；其中，所述第一读写控制单元用于将采集的所述视频数据写入所述第一存储单元；所述第二读写控制单元用于读取所述第一存储单元内的所述视频数据，并将所述视频数据写入所述第二存储单元。

需要说明的是，上述第一读写控制单元以及第二读写控制单元具体可以表现为vdma，即第一sopc芯片内包括vdma1和vdma2。利用vdma1和vdma2可以实现视频数据的读写同步。

而视频数据的采集、存储视频数据以及视频数据的读写同步功能的实现均可以基于fpga，即通过fpga的逻辑电路，来实现相应功能。

上述接收装置13可以包括网络接收模块，用于基于网络，接收所述加密视频数据；第二处理器，与所述网络接收模块相连，用于以所述预设混沌密钥，解密所述加密视频数据，得到所述视频数据；第二存储模块，与所述第二处理器相连，用于存储解密后的所述视频数据。

可以理解的是，第二处理器可以是指上述第二sopc芯片内的arm处理器。上述网络接收模块可以包括路由器、网卡芯片以及网络控制器等。

为了保证视频数据的读写同步，优选地，上述第二存储模块可以包括第三读写控制单元、第三存储单元、第四读写控制单元以及第四存储单元；其中，所述第三读写控制单元用于读取所述第三存储单元的所述视频数据，并将所述视频数据写入所述第四存储单元；所述第四读写控制单元用于将所述第四存储单元内的所述视频数据读取至所述第一显示装置。

需要说明的是，上述第三读写控制单元以及第四读写控制单元可以具体为vdma，即第二sopc芯片内包含vdma3和vdma4，这样可以保证接收装置的读写同步。

上述第一显示装置14可以具体为显示器，用于显示解密之后的视频数据。具体地，可以通过hdmi控制器来实现视频数据的显示。即第二sopc芯片内的fpga包括hdmi控制器，通过hdmi控制器和vdma4相连，将解密后的视频数据显示于显示屏上。

为了直观地体现发送端和接收端的同步性，发送装置还可以包括：第二显示装置，与所述发送装置相连，用于显示所采集的所述视频数据。

此时，发送装置可以将采集得到的视频数据显示于第二显示装置，具体地，可以通过hdmi和vdma1相连来实现视频数据的显示。可以通过第一显示装置和第二显示装置所显示的视频图像，来直观判断当前的通信状态。

为了更好地介绍视频混沌保密通信系统的硬件实现，下面将结合图2来进行具体介绍，图2为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信系统的硬件实现总框图。

如图2所示，发送端和接收端通过广域网通信。发送端包括摄像头、显示器、zynq7020芯片、ddr内存、路由器和网卡芯片，其中，zynq7020芯片内包含arm处理器、vdma1、vdma2、hdmi控制器以及以太网控制器，ddr内存包含缓冲区1和缓冲区2。接收端包括路由器、网卡芯片、zynq7020芯片、ddr内存以及显示器，其中，zynq7020芯片包含以太网控制器、arm处理器、vdma3、vdma4以及hdmi控制器，ddr内存包含缓冲区3和缓冲区4。

发送端的fpag可以完成视频数据的采集、显示和发送，具体地，摄像头和vdma1相连，vdma1的读通道和写通道均与缓冲区1相连，vdma2的读通道和缓冲区1相连，vdma2的写通道和缓冲区2相连；此时，摄像头所采集的视频数据通过vdma1的写通道，写入至缓冲区1，且通过vdma1的读通道以及hdmi控制器，将视频数据显示于显示器；通过vdma2读通道读取缓冲区1的视频数据，并通过vdma2写通道将视频数据写入至缓冲区2。arm处理器可以完成视频数据的混沌加密和发送，具体地，arm处理器读取缓冲区2的视频数据，运行预先烧录的程序，对视频数据进行混沌加密，并通过以太网控制器将加密后的视频数据发送。

接收端的路由器和网卡芯片，用于接收发送端发送的加密视频数据，通过zynq7020芯片的fpga的以太网控制器，将接收到的加密视频数据传输至arm处理器，arm处理器可以对加密视频数据进行混沌解密，然后将解密后的视频数据存储至缓冲区3，接着通过vdma3的读通道读取缓冲区3中的视频数据，再通过vdma3的写通道将视频数据写入缓冲区4，最后通过vdma4的读通道读取缓冲区4内的视频数据，并通过hdmi控制器，将视频数据显示于显示器。

每个缓冲区均可以包括3个帧缓存，每个帧缓存可以存储一帧视频。可以将缓冲区1的3个帧缓存信息分别配置到vdma1读通道、vdma1写通道和vdma2读通道的寄存器中；同理，缓冲区2的帧缓存配置到vdma2写通道中；缓冲区3的帧缓存配置到vdma3读通道中；缓冲区4的帧缓存配置到vdma2写通道和vdma4的读通道中。

vdma1可以实现视频采集模块、hdmi控制器和ddr内存之间视频帧的传送功能。采集完视频数据后，通过vdma1写通道依次循环写入3个帧缓存中。此时，可以将tuser信号配置为写通道输入端的帧同步信号，该信号受视频采集模块控制。hdmi控制器完成一帧视频显示后，触发vdma1传送新的一帧视频，将fsync信号配置为读通道输入端的帧同步信号，该信号受hdmi控制器控制。通过配置动态主从模式dynamicmaster和dynamicslave，使得写通道和读通道实现同步，即同一时刻两个通道不操作相同的帧缓存，保证视频数据读写的准确性。

vdma2可以将视频数据从缓冲区1传送至缓冲区2。vdma2的读通道和写通道分别选择输入端的fsync信号和tuser信号作为帧同步信号，两个同步信号分别受arm处理器和读通道控制。读通道配置为dynamicslave模式，并且接收来自vdma1写通道的frame_ptr_out信号，两个通道获得读写同步。frame_ptr_out信号为当前帧缓存的标识信号。

vdma3可以将视频数据从缓冲区3传送至缓冲区4。vdma3的读通道和写通道分别选择输入端的fsync信号和tuser信号作为帧同步信号，两个同步信号分别受arm处理器和读通道的控制。vdma4可以实现hdmi控制器和内存之间视频数据传送功能，可以选择fsync信号作为其读通道的帧同步信号，该信号受arm处理器控制。vdma4读通道和vdma3写通道分别配置为dynamicslave和dynamicmaster模式。vdma4读通道接收来自vdma3写通道的frame_ptr_out信号，从而实现读写同步。

本发明实施例所提供的视频混沌保密通信的系统，通过视频采集装置采集实时的视频数据；基于第一sopc芯片的发送装置将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；基于第二sopc芯片的接收装置接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；基于第一显示装置，显示所述视频数据。该系统基于sopc芯片的发送装置和接收装置，将实时采集的视频数据，发送至接收装置，并显示所接收到的视频数据，在sopc硬件平台上实现了视频混沌保密通信。

下面对本发明实施例提供的视频混沌保密通信方法进行介绍，下文描述的视频混沌保密通信方法与上文描述的视频混沌保密通信系统可相互对应参照。

图3为本发明实施例所提供的视频混沌保密通信方法的一种具体实施方式的流程示意图，该方法包括以下步骤：

步骤301：视频采集装置采集实时的视频数据；

步骤302：基于第一sopc芯片的发送装置将所述视频数据进行混沌加密，得到加密视频数据，并以预设发送方式发送所述加密视频数据；

需要说明的是，第一sopc芯片内的arm处理器的处理流程可以具体为：首先进行初始化，即配置vdma读写通道的帧同步模式、读写同步模式、帧缓存首地址以及容量值等相关信息；然后，触发读写控制单元，以指针偏移方式读取视频数据，进行混沌加密，并将加密后的视频数据进行网络发送；判断当前是否完成一帧视频帧的发送，如果是，则结束当前帧发送过程，如果否，则继续读取所需的视频数据进行加密发送。

步骤303：基于第二sopc芯片的接收装置接收所述加密视频数据，并对所述加密视频数据进行混沌解密，得到所述视频数据；

需要说明的是，第二sopc芯片内的arm处理器的处理流程可以具体为：接收加密视频数据；对加密视频数据进行混沌解密；存储解密后视频数据；判断当前是否完成一帧视频帧的存储，如果是，则触发读写控制单元，如果否，则继续对接收的视频数据进行解密。

步骤304：基于第一显示装置，显示所述视频数据。

本发明实施例所提供的视频混沌保密通信的方法，该方法基于sopc芯片的发送装置和接收装置，将实时采集的视频数据，发送至接收装置，接收装置显示所接收到的视频数据，进而在sopc硬件平台上实现了视频混沌保密通信。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同或相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(ram)、内存、只读存储器(rom)、电可编程rom、电可擦除可编程rom、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上对本发明所提供的视频混沌保密通信的系统及方法进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。