基于FPGA的DCT域图像水印算法设计及其优化技术研究

摘要

数字水印技术作为版权保护的重要手段越来越受到人们的关注。离散余弦变换(DCT)在图像水印研究领域占有举足轻重的地位，并且它与JPEG图像压缩标准兼容，所以DCT域图像水印具有广阔的应用前景。人们通常采用软件的方法来实现水印算法，但这种方法的实时性和安全性都不够理想。基于此，本文采用FPGA实现了一种DCT域的图像水印算法。它具有实时性好、可重构、安全性高等优点。论文首先介绍了一种快速的DUT算法，并提出了一种鲁棒性和不可感知性相统一的DUT域图像水印算法。针对算法的特点完成了系统功能的划分，并对快速DCT模块和水印嵌入提取模块进行了详细地设计。论文对图像水印算法的部分模块进行了优化，这些模块包括基于乒乓操作的存储器和基于DA算法的乘法累加器。最后，应用Modelsim和Quartus Ⅱ等设计工具，对设计的电路逻辑进行了仿真与验证。测试结果表明：FPGA实现的该DCT域图像水印算法是可行的，并达到了速度与面积的平衡。

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英文文摘

声明

1绪论

1.1数字水印技术的研究综述

1.1.1水印技术的国内外研究现状

1.1.2图像水印算法概述

1.1.3数字水印的基本模型及其特点

1.2 FPGA的发展概述

1.3 FPGA实现数字水印应用的优点

1.4本课题的主要研究内容

2 DCT域图像水印算法的结构分析

2.1 DCT域图像水印算法的总体结构

2.2离散余弦变换

2.2.1 DCT的定义

2.2.2一种快速的离散余弦变换算法

2.3 DCT域图像水印基本算法

2.3.1水印信息的预处理

2.3.2原始宿主信息的预处理

2.3.3水印DCT域嵌入点的选择

2.4本章小结

3图像水印系统的FPGA实现及其验证

3.1 FPGA设计的相关技术

3.1.1 FPGA的选型

3.1.2 FPGA设计仿真综合工具

3.2快速DCT模块的设计及验证

3.2.1一维快速DCT模块

3.2.2二维DCT控制模块

3.3水印嵌入提取模块的设计及验证

3.3.1水印信息置乱模块

3.3.2伪随机序列生成模块

3.3.3嵌入算法模块

3.3.4提取算法模块

3.4本章小结

4系统部分模块的优化技术

4.1 FPGA设计原则

4.2 FPGA的优化技术

4.3基于乒乓操作的存储器模块的设计

4.3.1单口RAM的设计

4.3.2存储器控制模块的设计

4.4基于DA算法的乘法累加模块的设计

4.4.1 DA算法的概念

4.4.2乘法累加模块的设计

4.5本章小结

5结论与展望

5.1结论

5.2展望

致谢

参考文献