基于FPGA音视频信号采集及水印加密的研究

论文摘要

音视频采集处理技术在信息处理技术中占有非常重要的地位,它涉及工业检测、医疗设备、军事、消费电子等诸多领域。在一般场合,音视频采集处理采用基于计算机的处理系统。而在对系统成本和体积要求较高的场合,开发基于FPGA的音视频采集处理系统,并使之应用在与人们的生活密切相关的产品中,则具有很高的研究和使用价值。本文对基于FPGA音视频信号采集的总体硬件电路原理图进行设计,并且分别对音频信号采集模块、视频信号采集模块、MCU控制模块和存储器控制模块等外围电路原理图以及器件的选型进行设计,并且在QuartusII环境下用VHDL语言对视频信号采集控制电路、音频信号采集控制电路、SRAM读写控制电路等进行编程,仿真结果表明实现了预期的功能。为了加强音视频信号安全防范意识,对图像和音频信号分别进行数字水印加密：采用了基于HVS模型的DCT修改水印算法对图像信号进行数字水印加密,并且在MATLAB下进行仿真,表明加密后的图像对视觉有很好的适应性,算法的综合性能也有所提升；采用基于心理声学模型的频域能量量化音频水印算法对音频信号进行了数字水印加密,并且在MATLAB下进行仿真,得到了很好的加密效果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景和意义
• 1.2 国内外研究动态
• 1.3 论文的主要研究内容
• 第2章 系统硬件整体设计
• 2.1 硬件电路的选型
• 2.1.1 FPGA选型
• 2.1.2 SDRAM选型
• 2.1.3 MCU选型
• 2.1.4 视频芯片的选型
• 2.1.5 音频芯片的选型
• 2.2 各功能块设计
• 2.2.1 FPGA配置方案
• 2.2.2 音频采集模块电路
• 2.2.3 视频采集模块电路
• 2.2.4 MSP430接口模块电路
• 2.2.5 电源电路设计
• 2.2.6 晶振与复位电路
• 2.2.7 SDRAM控制器结构设计
• 2.3 本章小结
• 第3章 系统编程设计与仿真
• 3.1 SPI接口规范及原理
• 3.2 SDRAM读写模块状态机设计
• 3.3 视频信号采集控制电路的VHDL设计
• 3.4 语音信号采集控制电路的VHDL设计
• 3.5 本章小结
• 第4章 基于HVS模型的DCT修改水印算法
• 4.1 DCT修改水印算法的关键问题
• 4.2 基于HVS模型的DCT修改水印算法
• 4.2.1 水印算法基本原理
• 4.2.2 数字水印的嵌入
• 4.2.3 数字水印的提取
• 4.2.4 算法中的相关参数
• 4.2.5 不可感知性评价
• 4.3 本章小结
• 第5章 音频水印信号加密
• 5.1 数字音频的特点及人类听觉特性
• 5.1.1 声音与听觉
• 5.1.2 人类听觉掩蔽特性
• 5.2 心理声学模型
• 5.3 水印嵌入算法
• 5.3.1 算法框架
• 5.3.2 二值水印的预处理
• 5.3.3 心理声学模型分析和频带选择
• 5.3.4 提取算法
• 5.3.5 实验结果及分析
• 5.3.6 抗攻击能力测试
• 5.4 本章小结
• 第6章 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
• 攻读硕士学位器件参加的科研工作
• 致谢