基于DCT域的图像数字盲水印算法设计及硬件实现

作     者：常晔 

作者单位：天津大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李玲霞

授予年度：2010年

学科分类：0839[工学-网络空间安全] 08[工学] 081201[工学-计算机系统结构] 0812[工学-计算机科学与技术（可授工学、理学学位）] 

主      题：版权保护 盲水印 DCT 硬件实现 CMOS 图像传感器 

摘      要：近年来,半导体技术不断发展,CMOS图像传感器以其集成度高、成本低、功耗低、设计简单等优点,在卫星遥感、视觉监控、工业检测、军事侦察、医疗诊断等许多领域取得了越来越广泛的应用。随着集成电路工艺尺寸的缩小,越来越多的图像处理功能被集成到CMOS图像传感器上,这使得数字水印技术作为图像处理功能的一部分与CMOS图像传感器的结合成为可能。本文提出了一种用于图像和视频版权保护的基于DCT域的数字盲水印算法,并对该算法进行了硬件实现。 在分析了CMOS图像传感器的发展趋势及数字水印技术的发展历史和现状的基础上,本文阐述了将水印算法硬件实现并与CMOS图像传感器结合的可行性与必要性。本文详细介绍了数字水印技术的基本原理、特征和分类,分析了基于DCT域的水印算法的原理、优势和评价标准,并提出了一种盲水印算法。该算法基于DCT,通过对DCT域中中频系数的修改来嵌入水印,以达到保护图像和视频版权的目的。采用了CMOS图像传感器的固定模式噪声作为水印置乱的密钥,将水印与CMOS图像传感器绑定,具有更高的安全性。经验证,该算法具有较好的不可感知性和鲁棒性,嵌入水印后载体图像质量不会受到很大影响,经过一般攻击后仍能提取出水印信息。 然后,对FDCT、IDCT和本文提出的水印嵌入算法进行了硬件实现。FDCT和IDCT采用行列分解法,一维变换采用***快速算法,运算量大大减少。采用多级流水结构,能够满足数据实时性处理的要求。将水印嵌入模块嵌入到FDCT电路中,充分利用FDCT电路数据转置输出的时间,减少了数据的延迟时间,使FDCT电路的输出数据即为嵌入水印后的频域系数。对电路进行了功能仿真和逻辑综合,并在由CMOS图像传感器、硬件开发板和上位机软件组成的硬件验证平台上进行了FPGA验证,经调试能够正常工作,输出的含有水印的图像质量良好,并且能够提取出清晰的水印图像。对电路进行了ASIC后端设计,采用Chartered 0.18μm工艺进行流片。