基于dct域的图像数字盲水印算法设计与硬件实现

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1、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

2、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

3、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W．H．Chen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

4、了ASIC后端设计，采用Chanered0．18um工艺进行流片。关键词：版权保护盲水印DcT硬件实现cMos图像传感器ABSTRACTInrccentyears'asthecontinueousdeVelopmemofsemiconductortechnology，CMOSimagesensorSareusedmore锄dmorewidelyillsatelliteremotesensing，Visualsurveillance，industrialinspection，milita巧reconnaissance锄dme

5、dicaldiagnosticsetc．becauseoftheirhighinteg船“on，lowcost，lowpowerdissipationandsimpl洒cationofdesign．Withtheshrirll(ingsizeofintegratedcircuittechnology，more跏dmoreimageprocessingmnctionsarcintegratedintoCMOSimagesensor，whichmakesitpossiblethatdigitalwatemlarkingtech

6、nologycombineswithCMoSimagesensor．Inthispaper，awate啪arkingalgorithmiIlDCTdomainforcopyrightprotcctionofimages锄dVideoisproposed锄dimplemented．BasedonanalyzmgdeVeJopmentn．endofCMoSimagesensorandhistofyofdigitalwatemarkingtechnology，thisdissertationdiscussesthefeasibi

7、li够andnecessityofcombiningdigitalwatcnllarkingtechnologywithCMOSimagesensor．Thispaperdescribesmebasicprinciplesofdigital、ⅣatennarkingtechnologyandtheadVantagesof、Vate咖arkingalgorithmillDCTdomainandproposesablindwate珊arkingalgorithmwhichembedswate咖arkbymodi矽ingDCTc

8、oe伍cientS．FixedpattemnoiseofCMOSimagesensorisused硒keyt0scmInblewatemlarkinordert0reachgreatersecuri够．Vbrificationshowtllattllealgorithmhasgoodperf．on】【1