DCT域数字水印算法的FPGA实现

1 引言
随着计算机网络和数字通信技术的迅速发展，数字技术使数字多媒体(数字视频、数字音频、数字图像等)的传输与复制变得非常容易，但却增加了多媒体信息被非法盗版的机会。数字作品的版权保护成为一个急需解决的难题，已引起学术界与企业界的广泛关注。
数字水印技术是一种最近发展起来的新技术，用于数字产品认证和保护。大多数水印算法采用软件实现。软件实现具有易于应用、升级和适应性较好等特点，但存在速度受限、难以满足实时处理的问题。而采用硬件实现则可以克服这些问题。
现场可编程门阵列FPGA(Field Programmable Gate Ar-ray)是一种设计灵活、开发速度快的现场可编程逻辑器件。与DSP相比，FPGA具有以下主要优点：速度快，内置高速乘法器和加法器；高档 FPGA中含有巨量高速存储器，速度更快，电路更简单；FPGA硬件可编程，使得硬件更简单和小型化。文献[l]利用FPGA实现小波变换，文献[2- 3]利用FPGA实现一种高速DCT处理器件。在此基础上，利用FPGA设计基于DCT域的数字水印算法，DCT变换是该数字水印方案的关键单元之一。采用硬件描述语言VHDL(Very HighSpeed Integrated Circuit Hardware Description Language)有效设计和仿真DCT变换。

2 图像水印算法
这里设计的图像水印算法是依据文献[4]算法提出的。该算法是在充分考虑人眼视觉特性的基础上，应用一种新的图像分类算法，结合Amold置乱变换，提出的一种基于图像分类的自适应水印算法。图1为图像水印算法框图。

具体算法步骤如下：
(1)设水印信号为w，对其进行n次Arnold置乱变换，记为wi,n作为密钥由水印嵌入者保管，然后将wi进行行堆叠或列堆叠变成一维水印序列wt，这里采用行堆叠。
(2)将原始图像I分成m个互不重叠的8×8的子块fk(x，y)，对每个子块进行DCT变换得Fk(u,v)。