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基于FPGA的静态图像数字水印处理的实现

作　者: 刘国贺
导　师: 赖华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 测试计量技术及仪器
关键词: DCT 数字水印 FPGA SOPC
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 96次
引　用: 2次
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内容摘要

近年来,随着多媒体处理技术及网络技术的发展,越来越多的数字产品在网络上方便地发布、传播。多媒体处理软件可以对数字媒体(数字音频,文本,图像和视频)的原版进行无限制的编辑、修改。数字产品的的原始性难以得到保证,数字产品的真实性问题受到了广泛关注。数字水印技术(Digital Watermarking)在不影响原始数据正常使用的情况下嵌入防伪信息,并且该信息不易被除去,只能由专用的水印提取算法才能检测其中的信息。数字水印作为保护数字媒体信息安全的有效方法,近年来引起了人们极大的兴趣与注意。因此,数字水印技术作为鉴别数字产品真伪的有效手段,成为多媒体信息安全研究的重点。同时,随着集成电路制造技术的迅速提高,FPGA (Field Programmable Gata Array)芯片的集成度和处理能力都得到了很大的提升,从而使FPGA能够实现复杂电路的功能,并且处理速度也能满足大部份用户的要求。本文提出了一种利用FPGA的电路可编程的特点,设计并实现了数字图像水印处理系统。本文中的数字水印处理系统是在DCT域内进行水印嵌入,先对数字图像进行分块处理,然后选择DCT的高频系数部分作为水印信息的载体。该设计的硬件部分负责二维离散余弦变换(DCT2)与二维离散余弦反变换(IDCT2)的实现,这样就可以将复杂的运算交与硬件电路来实现,大大提高的运算速度；该设计的软件部分负责数字水印信息的嵌入及SD卡的读写,这样即可以缩短研发周期也为系统调试与算法的改进提供了方便。本文简要介绍了数字水印技术和FPGA技术的发展现状及未来方向,研究了典型数字水印算法及其应用领域。通过结合已有的数字水印算法并分析其不足,提出了一种新的算法,此算法与已有的算法相比在数字水印不可见性方面有了很大的提高。在系统硬件架构方面,介绍了片上可编程系统(SOPC)设计方案及开发流程,详细论述了本系统的硬件模块结构并通过数据说明了本结构与传统的软件方式相比在运算速度方面的优势。在系统软件架构方面,介绍了数字水印信息嵌入的流程及各部分的功能。最后通过分析大量的实验数据来进行参数调整,以得到最佳效果。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-14
  1.1 课题的背景和意义  9-10
  1.2 数字水印的现状和发展趋势  10-11
  1.3 FPGA的现状和发展趋势  11-12
  1.4 本文研究内容及结构  12-14
第二章数字图像水印算法  14-20
  2.1 数字图像水印的分类  14-17
    2.1.1 空间域数字图像水印算法  14-15
    2.1.2 变换域数字图像水印算法  15-17
  2.2 结合变换域与空间域的数字图像水印算法  17-19
    2.2.1 水印的选择  17-18
    2.2.2 系数的选择  18
    2.2.3 水印的嵌入  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第三章数字图像水印系统的设计  20-27
  3.1 数字水印处理系统功能设计  20
  3.2 数字水印处理系统设计流程  20-21
  3.3 SOPC的设计思想  21-23
    3.3.1 SOPC的概述  21-22
    3.3.2 SOPC系统的IP核  22-23
  3.4 硬件结构介绍  23-24
  3.5 软件结构介绍  24
  3.6 系统开发平台  24-26
  3.7 本章小结  26-27
第四章系统硬件设计  27-49
  4.1 系统硬件模块架构  27-30
    4.1.1 FPGA内部硬件模块  27-28
    4.1.2 硬件开发流程  28-29
    4.1.3 Avalon总线介绍  29-30
  4.2 DCT2及IDCT2硬件模块算法部分的设计  30-37
    4.2.1 DCT2及IDCT2硬件模块工作原理  30
    4.2.2 DCT2及IDCT2硬件模块搭建  30-37
  4.3 DCT2及IDCT2硬件模块时序部分的设计  37-41
    4.3.1 FIFO的设置  37-39
    4.3.2 时序电路的设计  39-41
  4.4 模块的Avalon总线接口  41-42
  4.5 SOPC Builder的搭建  42-47
    4.5.1 SOPC Builder概述  42-43
    4.5.2 在SOPC Builder中搭建系统  43-44
    4.5.3 zidct.v的配置  44-45
    4.5.4 SDRAM的配置  45-46
    4.5.5 系统生成  46-47
  4.6 本章小结  47-49
第五章系统的软件设计  49-58
  5.1 Nios Ⅱ概述  49-50
  5.2 NiosⅡ系统软件设计  50-57
    5.2.1 SD卡读写模块  52-53
    5.2.2 图像编码模块  53-55
    5.2.3 数字水印嵌入模块  55-57
  5.3 本章小结  57-58
第六章系统的调试与验证  58-64
  6.1 系统调试方案  58
  6.2 实验结果比较  58-61
  6.3 Cox算法在本系统中的实现  61-62
  6.4 系统主要性能参数  62-63
  6.5 本章小结  63-64
第七章总结与展望  64-66
  7.1 论文工作总结  64-65
  7.2 工作展望  65-66
致谢  66-67
参考文献  67-70
附录A:攻读学位期间发表论文及取得成果  70-72
附录B:二维DCT变换模块顶层文件  72-74
附录C:数字水印嵌入部分程序  74-75

基于FPGA的静态图像数字水印处理的实现

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