DCT域數(shù)字水印算法的FPGA實現(xiàn)

1 引言
隨著計算機網(wǎng)絡(luò)和數(shù)字通信技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)字技術(shù)使數(shù)字多媒體(數(shù)字視頻、數(shù)字音頻、數(shù)字圖像等)的傳輸與復(fù)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。數(shù)字作品的版權(quán)保護成為一個急需解決的難題，已引起學(xué)術(shù)界與企業(yè)界的廣泛關(guān)注。
數(shù)字水印技術(shù)是一種最近發(fā)展起來的新技術(shù)，用于數(shù)字產(chǎn)品認證和保護。大多數(shù)水印算法采用軟件實現(xiàn)。軟件實現(xiàn)具有易于應(yīng)用、升級和適應(yīng)性較好等特點，但存在速度受限、難以滿足實時處理的問題。而采用硬件實現(xiàn)則可以克服這些問題。
現(xiàn)場可編程門陣列FPGA(Field Programmable Gate Ar-ray)是一種設(shè)計靈活、開發(fā)速度快的現(xiàn)場可編程邏輯器件。與DSP相比，FPGA具有以下主要優(yōu)點：速度快，內(nèi)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，電路更簡單；FPGA硬件可編程，使得硬件更簡單和小型化。文獻[l]利用FPGA實現(xiàn)小波變換，文獻[2- 3]利用FPGA實現(xiàn)一種高速DCT處理器件。在此基礎(chǔ)上，利用FPGA設(shè)計基于DCT域的數(shù)字水印算法，DCT變換是該數(shù)字水印方案的關(guān)鍵單元之一。采用硬件描述語言VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)有效設(shè)計和仿真DCT變換。

2 圖像水印算法
這里設(shè)計的圖像水印算法是依據(jù)文獻[4]算法提出的。該算法是在充分考慮人眼視覺特性的基礎(chǔ)上，應(yīng)用一種新的圖像分類算法，結(jié)合Amold置亂變換，提出的一種基于圖像分類的自適應(yīng)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(shè)水印信號為w，對其進行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個互不重疊的8×8的子塊fk(x，y)，對每個子塊進行DCT變換得Fk(u,v)。