DCT域數字水印算法的FPGA實(shí)現

1 引言
隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )和數字通信技術(shù)的迅速發(fā)展，數字技術(shù)使數字多媒體(數字視頻、數字音頻、數字圖像等)的傳輸與復制變得非常容易，但卻增加了多媒體信息被非法盜版的機會(huì )。數字作品的版權保護成為一個(gè)急需解決的難題，已引起學(xué)術(shù)界與企業(yè)界的廣泛關(guān)注。
數字水印技術(shù)是一種最近發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，用于數字產(chǎn)品認證和保護。大多數水印算法采用軟件實(shí)現。軟件實(shí)現具有易于應用、升級和適應性較好等特點(diǎn)，但存在速度受限、難以滿(mǎn)足實(shí)時(shí)處理的問(wèn)題。而采用硬件實(shí)現則可以克服這些問(wèn)題。
現場(chǎng)可編程門(mén)陣列FPGA(Field Programmable Gate Ar-ray)是一種設計靈活、開(kāi)發(fā)速度快的現場(chǎng)可編程邏輯器件。與DSP相比，FPGA具有以下主要優(yōu)點(diǎn)：速度快，內置高速乘法器和加法器；高檔 FPGA中含有巨量高速存儲器，速度更快，電路更簡(jiǎn)單；FPGA硬件可編程，使得硬件更簡(jiǎn)單和小型化。文獻[l]利用FPGA實(shí)現小波變換，文獻[2- 3]利用FPGA實(shí)現一種高速DCT處理器件。在此基礎上，利用FPGA設計基于DCT域的數字水印算法，DCT變換是該數字水印方案的關(guān)鍵單元之一。采用硬件描述語(yǔ)言VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)有效設計和仿真DCT變換。

2 圖像水印算法
這里設計的圖像水印算法是依據文獻[4]算法提出的。該算法是在充分考慮人眼視覺(jué)特性的基礎上，應用一種新的圖像分類(lèi)算法，結合Amold置亂變換，提出的一種基于圖像分類(lèi)的自適應水印算法。圖1為圖像水印算法框圖。

具體算法步驟如下：
(1)設水印信號為w，對其進(jìn)行n次Arnold置亂變換，記為wi,n作為密鑰由水印嵌入者保管，然后將wi進(jìn)行行堆疊或列堆疊變成一維水印序列wt，這里采用行堆疊。
(2)將原始圖像I分成m個(gè)互不重疊的8×8的子塊fk(x，y)，對每個(gè)子塊進(jìn)行DCT變換得Fk(u,v)。