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《天津大学》 2010年
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基于VLSI实现的数字图像水印技术研究

于平平  
【摘要】:数字图像水印技术在图像作品的版权保护和真实性认证中有着重要的作用。在过去的几十年中,研究者提出了大量基于软件实现的图像水印算法。现在,基于软件实现的图像水印算法已经趋于成熟,基于VLSI实现的图像水印算法的研究处于起步阶段。VLSI实现数字图像水印技术具有功耗低、实时性好、可靠性高、成本低和更容易集成到现有的消费类电子产品中的优点。因此研究基于VLSI实现的数字图像水印技术具有重要的价值和意义。 在深入研究数字水印原理的基础上,本文分别研究了版权保护、多功能和版权标识数字图像水印的算法理论、VLSI架构设计、电路实现和优化。探讨了人眼视觉特性在版权保护水印中的应用;详细研究了JPEG压缩对相邻DCT系数大小关系和相邻DWT系数大小关系的影响;探讨了人眼灰度敏感特性在可见水印技术中的应用。通过攻击实验,验证了三种数字图像水印算法的鲁棒性。实验结果表明,版权保护和多功能数字图像水印算法具有良好的不可见性和鲁棒性,所得嵌水印图像峰值信噪比均在41dB以上,提取的水印图像的归一化相关系数均在0.95以上;可见水印算法具有良好的可见性和鲁棒性。将本文所提的数字水印算法集成到图像处理(ISP)系统中,采用Altera Cyclone开发板完成FPGA验证。结果表明,三种数字图像水印算法的VLSI实现均有较高的可集成性,并能满足图像处理的实时性要求,最大工作频率均在120MHz之上。其中,版权保护盲水印算法采用Chartered 0.18μm工艺完成了ASIC后端实现,已投片。 论文的主要创新工作有:提出了一种基于HVS特性的自适应版权保护盲水印技术。该技术根据人眼视觉系统特性,通过分析图像的纹理强度,自适应的选择嵌入水印的强度,通过相邻DCT域中频系数求均值的方法实现水印的盲嵌入,降低了水印嵌入复杂度,与其它DCT域版权保护图像水印算法相比,更利于VLSI实现;提出了一种抗JPEG压缩的多功能盲水印技术。通过分析相邻小波系数在JPEG压缩前后大小关系的变换情况,在不同的小波子带分别嵌入鲁棒水印和半脆弱水印。该技术计算简单,嵌入容量大,有很好的抗JPEG压缩性能,同时可准确检测恶意攻击。较其它多功能图像水印算法相比,得到的嵌水印图像峰值信噪比更高;提出了一种基于Bayer图像的空间域可见水印技术。建立了人眼灰度分辨率敏感特性函数,在Bayer图像插补之前嵌入可见水印,较其它可见水印算法更有效的保证了水印在图像不同亮度区域具有一致的可见性,且该技术复杂度低,易于VLSI实现。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TP309.7

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