基于FPGA的图像数字水印算法研究与设计

论文摘要

随着数字技术和互联网的发展,数字作品的便利性和不安全性并存；针对这种状况,数字产品的版权保护和数据的安全维护的要求也愈加迫切,数字水印(Digital Watermarking)技术在这样的要求下迅速发展起来,成为近些年来信息隐藏技术研究领域的又一个重要分支。目前对于数字水印算法的研究是比较成熟的,绝大部分算法都是通过Matlab软件实现的。随着技术的发展,对数字水印算法也提出了更高的实时性和安全性的要求,采用硬件的方法实现算法的思想得到了人们的认同。本文在前人研究的基础上,实现了数字水印算法基于FPGA的提升式离散小波变换。其中5/3小波是整数到整数的小波变换,多应用于无损压缩的场合；9/7小波的系数不是整数,应用于有损压缩的场合,应用范围更广。文中对于数字水印的嵌入采用的是LSB数字水印原理。论文研究的重点有以下两个方面：1.对提升小波变换算法进行了分析,对5/3小波和9/7小波设计了一维小波提升变换的电路和二维一次提升小波变换的电路,并给出了具体的设计架构和仿真结果；对二维多次提升小波变换的设计思想进行了描述。在整体电路的设计中应用了对称周期延拓保证了数据处理的正确性；在整个电路的架构中引入了工程设计中常用的流水线设计来提高系统的实时性；将系统中乘法模块采用移位加的方法来实现节省硬件资源的使用。整个电路的设计采用Verilog HDL语言进行描述,用FPGA的相应软件进行了功能和时序的仿真。2.经过对数字水印技术的分析和介绍,研究其基于FPGA的实现,选用了最低位嵌入的方法。在数字水印嵌入方案的设计中,采用混沌序列和m序列异或的方式生成新的混合混沌序列,结合提升式离散小波变换的FPGA设计,实现了数字水印方案；并在Matlab软件的帮助下实现了比较验证。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 数字水印技术的发展及国内外研究现状
• 1.3 本文研究的主要内容
• 第2章 数字水印技术的理论基础
• 2.1 数字水印的基本理论
• 2.1.1 水印的基本理论框架
• 2.1.2 数字水印的一般模型
• 2.1.3 水印的嵌入算法
• 2.1.4 数字水印的主要应用领域
• 2.2 小波变换的基本理论
• 2.2.1 连续小波变换
• 2.2.2 离散小波变换及Mallat算法
• 2.2.3 提升式小波变换及整数小波变换
• 2.2.4 边界处理
• 2.3 本章小结
• 第3章 基于5/3小波提升变换的FPGA设计
• 3.1 FPGA简介
• 3.1.1 FPGA设计方法和流程
• 3.1.2 Verilog HDL简介
• 3.2 5/3小波的一维提升结构
• 3.2.1 边界处理
• 3.2.2 流水线技术
• 3.2.3 系统验证及时序分析
• 3.3 5/3小波的二维提升结构
• 3.3.1 二维多阶小波提升变换的架构
• 3.3.2 二维一阶5/3小波提升变换
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于9/7小波提升变换的FPGA设计
• 4.1 9/7小波的一维提升结构
• 4.1.1 边界处理
• 4.1.2 流水线处理及滤波器系数的量化
• 4.1.3 时序分析
• 4.2 9/7小波二维一阶提升变换
• 4.3 本章小结
• 第5章 数字水印算法的FPGA设计
• 5.1 LSB数字水印的原理及嵌入方案的设计
• 5.1.1 LSB数字水印的原理
• 5.1.2 水印嵌入方案的设计
• 5.2 数字水印信号的设计与产生
• 5.2.1 算法原理
• 5.2.2 水印信号的产生
• 5.2.3 混合混沌序列的仿真
• 5.3 LSB水印嵌入算法的仿真
• 5.4 本章小结
• 第6章 仿真结果的比较验证
• 6.1 提升算法仿真结果的比较验证
• 6.1.1 5/3小波提升算法的仿真验证
• 6.1.2 9/7小波提升算法的仿真验证
• 6.2 数字水印的仿真结果及Matlab验证
• 6.3 本章小结
• 结论与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文