忆阻器模型及其在混沌电路与图像水印中的应用研究

【摘要】自从2008年惠普实验室实现了TiO2忆阻器以来，忆阻器的研究受到了国内外学者的高度关注。TiO2忆阻器是一个具有记忆作用和纳米尺度结构的非线性电阻，在非易失存储器、人工神经网络和超大规模集成电路等领域有着广阔的应用前景，但迄今忆阻器元件尚未市场化。在此背景下，为了认识忆阻器的电路特性，本文研究TiO2忆阻器的电路特性，建立了其数学模型和等效电路模型，以TiO2忆阻器模型为基础，构造了一个新的忆阻器混沌振荡电路，把忆阻器混沌与数字水印技术相结合，提出了基于HVS和DWT的数字水印算法，并对算法进行了不可见性和鲁棒性评估。本文的主要工作可以概括为以下几方面：（1）在忆阻器元件尚未市场化的情况下，为了给忆阻器电路实验研究提供一种可替代的硬件模型（或仿真器），根据HP实验室给出的TiO2忆阻器伏安特性，利用集成运放电路设计了忆阻器的一种等效电路模型。在不同频率的正弦和三角波激励下，对模型的端口伏安特性进行了Multism电路仿真，仿真结果与理论特性完全相符。根据HP实验室给出的TiO2忆阻器的荷控电阻模型，在理论上推导得到了忆阻器的磁控电导数学模型，为忆阻器混沌电路的设计提供模型基础。（2）为了探索忆阻器在非线性电路中的动力学特性，用TiO2忆阻器记忆电导模型替代经典蔡氏电路中的蔡氏二极管，提出了一种基于TiO2忆阻器的混沌振荡电路。对混沌振荡电路进行了基本动力学分析、分岔图分析及Lyapunov指数谱分析等。为了更深入地理解其动力学特性，研究了其初始值的分岔情况。通过DSP技术对忆阻器混沌电路进行了实验验证。最后，介绍了混沌序列的产生方法，并对产生的混沌序列进行NIST测试，发现其序列性能良好，可以用于后面应用当中。（3）研究了忆阻器的另一种实际应用，即数字图像水印，将提出的TiO2忆阻器混沌系统和数字图像水印技术相结合，提出了基于HVS和DWT数字水印算法。首先，将TiO2忆阻器混沌系统产生的性能良好的序列用于水印图像的加密。其次，通过Matlab软件实现该算法，分析了该算法的不可见性和鲁棒性。同时，对水印图像进行常规的攻击测试，提取水印，分析其鲁棒性。最后，对该算法进行了隐蔽性分析和安全性分析。
【作者】贺洁玲；
【导师】王光义；
【作者基本信息】杭州电子科技大学，电路与系统，2014，硕士
【关键词】混沌；TiO2忆阻器；图像；数字水印；HVS；DWT；

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