基于DCT的静态图像数字水印的Verilog HDL实现

摘要

随着计算机和互联网技术的发展，信息的传递和交流越来越频繁，不法分子盗取数字产品版权的问题也越来越突出。数字水印技术是在不影响数字产品的使用价值的基础上，嵌入水印信息，达到保护版权的目的，嵌入的水印信息可以是版权的标志，也可以是随机序列，只能通过特定的提取方式才能检测。数字水印技术作为保护数字产品的有利工具，逐渐成为信息安全领域研究的焦点。
　　本文研究了DCT变换域的数字水印算法的FPGA实现。首先使用DMA传输方式将图像数据读入FPGA，然后对原始图像进行分块，每块分别进行DCT变换，将水印序列嵌入低频区域，再进行IDCT变换，得到嵌入水印的图像。先对该算法进行Matlab仿真，包括水印的预处理、嵌入与提取，以及水印的抗攻击性能检验。然后使用Verilog HDL在ISE上编写水印嵌入算法，包括DCT/IDCT模块和水印嵌入模块，其中DCT/IDCT模块采用并行流水线设计，并将两个图像块并行进行水印嵌入操作，提高了运算速度。经ISim功能和时序仿真，通过后，在开发板ML605上进行了具体实现。利用WinDriver生成相应的驱动程序和应用层框架，通过上位机控制数据的读写与水印的嵌入。结果表明，基于DCT的数字水印算法的FPGA实现可以提高处理速度，可以实现水印的不可见性，对嵌入水印后的图像进行抗攻击性能检验，表明该水印算法具有一定的鲁棒性。

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第1章 绪论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 数字水印技术研究现状

1.2.2 PCIE研究现状

1.2.3 FPGA现状及发展趋势

1.3 本文主要研究内容及结构安排

第2章 基本相关原理

2.1 DMA传输方式

2.1.1 DMA传输方式的特点

2.1.2 DMA传输过程

2.1.3 DMA控制器的基本结构

2.2 数字水印算法概述

2.2.1 数字水印系统模型

2.2.2 数字水印嵌入算法

2.2.3 数字水印的评价标准

2.3 离散余弦变换

2.3.1 离散余弦变换基本原理

2.3.2 离散余弦变换快速算法

2.4 PCIE驱动及上位机程序

2.4.1 开发工具的选择

2.4.2 WinDriver结构及工作原理

2.5 本章小结

第3章 基于DCT的数字水印算法及Matlab仿真

3.1 基于DCT的数字水印嵌入算法

3.1.1 水印信息预处理

3.1.2 水印的嵌入

3.1.3 水印的提取

3.1.4 抗攻击性能检验

3.2 仿真结果及分析

3.2.1 水印信息预处理

3.2.2 数字水印的嵌入

3.2.3 数字水印的提取

3.2.4 抗攻击性能检验

3.3 本章小结

第4章 数字水印算法的FPGA实现

4.1 数字水印算法的模块设计及仿真

4.1.1 RAM模块

4.1.2 水印嵌入模块

4.2 FPGA实现结果及分析

4.2.1 PCIE驱动及上位机程序

4.2.2 PCIE接口的DMA实现

4.2.3 数字水印的FPGA实现

4.3 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢