一种基于DCT变换的数字水印硬件电路制造技术

本发明专利技术公开了一种基于DCT变换的数字水印硬件电路，包括：数字水印嵌入模块、数字水印提取模块、水印RAM、宿主RAM、提取RAM、嵌入RAM；其中，水印RAM存储水印数据并传给数字水印嵌入模块进行Arnold置乱处理，宿主RAM存储宿主图像的数据并传给水印嵌入模块进行2D

【技术实现步骤摘要】
一种基于DCT变换的数字水印硬件电路


[0001]本专利技术属于数字水印的
，具体的说是一种应用于版权保护、隐藏标识、认证和安全隐蔽通信的数字水印硬件电路。

技术介绍

[0002]随着互联网时代的不断发展，信息交互越来越频繁，恶意盗取信息的问题也愈发严重。信息安全问题日益突出，数字水印作为版权保护和身份认证的手段备受关注。对需要加密的信息，可以将其当作水印嵌入到图像中以避免信息被恶意盗取和篡改。研究者们开始通过嵌入水印的方法对图像进行隐藏加密。数字水印分为可视水印和不可见水印。可见水印很容易被去除，而不可见水印不容易被提取，需要密钥才能被提取。在军事领域中，接收方可以通过提取水印来识别信息发送者的身份，能够有效的防止敌方利用伪身份传递错误信息。
[0003]Maity等人提出了基于对比度映射的可逆水印硬件电路，设计采用六级流水线架构，虽然加快了计算速度，但资源消耗较多。为了减少资源消耗，Phadikar等人提出一种DCT变换域的自适应量化索引调制数据隐藏方案的硬件架构，通过并行处理，实现了低功耗、高数据吞吐量的设计，但并行架构比串行架构增加LUT和寄存器的数量。

技术实现思路

[0004]本专利技术为解决上述现有技术中存在的不足之处，提出一种高频率和吞吐量大的基于DCT变换的数字水印硬件电路，以期能提升数字水印的安全性、可靠性的同时，能节省硬件资源，降低功耗，并提高工作频率和吞吐率。
[0005]本专利技术为达到上述专利技术目的，采用如下技术方案：
[0006]本专利技术一种基于DCT变换的数字水印硬件电路的特点包括：数字水印嵌入模块、数字水印提取模块、水印RAM、宿主RAM、提取RAM、嵌入RAM；
[0007]所述数字水印嵌入模块包括：Arnold变换模块、置乱RAM、第一2D
‑
DCT模块、嵌入单元、2D
‑
IDCT模块；
[0008]所述数字水印提取模块包括：第二2D
‑
DCT模块、提取单元、Arnold逆变换模块；
[0009]所述水印RAM存储有n
×
n的水印图像；
[0010]所述宿主RAM存储有m
×
m的宿主图像；
[0011]所述Arnold变换模块从所述水印RAM中获取水印图像并进行Arnold变换处理，得到置乱后的水印图像并存入所述置乱RAM；同时，所述第一2D
‑
DCT模块从宿主RAM中提取出宿主图像并进行维度为t
×
t的分块之后，再对每个分块进行2D
‑
DCT变换，得到2D
‑
DCT变换后的分块图像并传输给所述嵌入单元；
[0012]所述嵌入单元从所述置乱RAM中获取置乱后的水印图像并分别嵌入2D
‑
DCT变换后的分块图像中，得到嵌入水印的宿主图像并发送给所述2D
‑
IDCT模块；
[0013]所述2D
‑
IDCT模块利用IDCT转换将嵌入水印的宿主图像从变换域转换到空间域，
从而得到2D
‑
IDCT变换后的嵌入水印的宿主图像并写入所述嵌入RAM；
[0014]所述第二2D
‑
DCT模块从所述嵌入RAM中读取2D
‑
IDCT变换后的嵌入水印的宿主图像并进行2D
‑
DCT变换后，得到变换域的宿主图像并发送给所述提取单元；
[0015]所述提取单元提取所述变换域的宿主图像的水印，得到提取后的水印图像并发送给所述Arnold逆变换模块；
[0016]所述Arnold逆变换模块对提取后的水印图像进行Arnold逆变换处理，得到逆置乱后的水印图像并存入所述提取RAM。
[0017]本专利技术所述的基于DCT变换的数字水印硬件电路的特点也在于，所述Arnold变换模块，包括：地址产生模块、坐标生成模块、坐标变换模块、地址合成模块、使能产生模块；
[0018]所述地址产生模块接收到外部的置乱使能信号时产生初始地址并发送给所述坐标生成模块；
[0019]所述坐标生成模块根据所述初始地址生成初始的X、Y坐标并发送给所述坐标变换模块；
[0020]所述坐标变换模块将初始的X、Y坐标转化成Arnold变换后的X、Y坐标并发送给所述地址合成模块；
[0021]所述地址合成模块将Arnold变换后的X、Y坐标合成为置乱后的地址并作为置乱RAM的写地址；
[0022]所述使能产生模块接收到外部的置乱使能信号，产生所述置乱RAM的写使能并发送给所述置乱RAM；
[0023]所述置乱RAM根据所述置乱RAM的写使能，按照所述置乱RAM的写地址从水印RAM读出相应的水印数据并写入。
[0024]所述第一2D
‑
DCT模块包括：两个1D
‑
DCT模块、转置模块；
[0025]所述1D
‑
DCT模块均包括：加法器/减法器模块、A部分计算模块、B部分计算模块；
[0026]第一1D
‑
DCT模块对所述宿主图像进行分块后，得到每个分块并发送给所述加法器/减法器模块；
[0027]所述加法器/减法器模块接收外部的使能信号en1，若en1为高电平时，则对所述分块中的t位数据进行加法运算，输出运算结果a0～a3，若en1为低电平时，则对所述分块中的t位数据进行减法运算，输出运算结果a0～a3；
[0028]所述第一A部分计算模块接收外部的使能信号en2，若en2为高电平时，则对运算结果a0～a3进行加法运算，得到两个系数b0、b1；若en2为低电平时，对运算结果a0～a3进行减法运算，得到两个系数b0、b1；
[0029]所述第一A部分计算模块将两个系数b0、b1分别进行左移6位后，得到两个左移后的系数，再对两个左移后的系数分别进行加法和减法运算，从而得到第一转换结果y0、y4；
[0030]同时，所述第一A部分计算模块对两个系数b0、b1分别输入内部的SAU1计算模块得到4个不同的系数；再对4个不同的系数分别进行加法和减法运算，从而得到第二转换结果y2、y6；
[0031]所述第一B部分计算模块将运算结果a0～a3分别一起输入内部的四个SAU2计算模块中，相应得到四组的4个不同系数；再对四组的4个不同系数进行两两加法运算，得到8个不同的系数，最后对8个不同的系数进行两两加法运算，得到第三转换结果y1、y3、y5、y7；由
转换结果y0～y7构成矩阵Y中的一行数据，从而经过t次运算得到t
×
t的矩阵Y；
[0032]所述第一转置模块包含：深度为t2的RAM；
[0033]所述RAM按照奇数读写的方式对矩阵Y中的一行数据y0～y7按行写入所述RAM中，直到写完t行为止，再对所写入的矩阵Y中的一列数据x0～x7按列读出，直到读完t列为止；所述RAM再按照本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于DCT变换的数字水印硬件电路，其特征包括：数字水印嵌入模块、数字水印提取模块、水印RAM、宿主RAM、提取RAM、嵌入RAM；所述数字水印嵌入模块包括：Arnold变换模块、置乱RAM、第一2D
‑
DCT模块、嵌入单元、2D
‑
IDCT模块；所述数字水印提取模块包括：第二2D
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DCT模块、提取单元、Arnold逆变换模块；所述水印RAM存储有n
×
n的水印图像；所述宿主RAM存储有m
×
m的宿主图像；所述Arnold变换模块从所述水印RAM中获取水印图像并进行Arnold变换处理，得到置乱后的水印图像并存入所述置乱RAM；同时，所述第一2D
‑
DCT模块从宿主RAM中提取出宿主图像并进行维度为t
×
t的分块之后，再对每个分块进行2D
‑
DCT变换，得到2D
‑
DCT变换后的分块图像并传输给所述嵌入单元；所述嵌入单元从所述置乱RAM中获取置乱后的水印图像并分别嵌入2D
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DCT变换后的分块图像中，得到嵌入水印的宿主图像并发送给所述2D
‑
IDCT模块；所述2D
‑
IDCT模块利用IDCT转换将嵌入水印的宿主图像从变换域转换到空间域，从而得到2D
‑
IDCT变换后的嵌入水印的宿主图像并写入所述嵌入RAM；所述第二2D
‑
DCT模块从所述嵌入RAM中读取2D
‑
IDCT变换后的嵌入水印的宿主图像并进行2D
‑
DCT变换后，得到变换域的宿主图像并发送给所述提取单元；所述提取单元提取所述变换域的宿主图像的水印，得到提取后的水印图像并发送给所述Arnold逆变换模块；所述Arnold逆变换模块对提取后的水印图像进行Arnold逆变换处理，得到逆置乱后的水印图像并存入所述提取RAM。2.根据权利要求1所述的基于DCT变换的数字水印硬件电路，其特征是，所述Arnold变换模块，包括：地址产生模块、坐标生成模块、坐标变换模块、地址合成模块、使能产生模块；所述地址产生模块接收到外部的置乱使能信号时产生初始地址并发送给所述坐标生成模块；所述坐标生成模块根据所述初始地址生成初始的X、Y坐标并发送给所述坐标变换模块；所述坐标变换模块将初始的X、Y坐标转化成Arnold变换后的X、Y坐标并发送给所述地址合成模块；所述地址合成模块将Arnold变换后的X、Y坐标合成为置乱后的地址并作为置乱RAM的写地址；所述使能产生模块接收到外部的置乱使能信号，产生所述置乱RAM的写使能并发送给所述置乱RAM；所述置乱RAM根据所述置乱RAM的写使能，按照所述置乱RAM的写地址从水印RAM读出相应的水印数据并写入。3.根据权利要求1所述的基于DCT变换的数字水印硬件电路，其特征是，所述第一2D
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DCT模块包括：两个1D
‑
DCT模块、转置模块；所述1D
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DCT模块均包括：加法器/减法器模块、A部分计算模块、B部分计算模块；第一1D
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DCT模块对所述宿主图像进行分块后，得到每个分块并发送给所述加法器/减
法器模块；所述加法器/减法器模块接收外部的使能信号en1，若en1为高电平时，则对所述分块中的t位数据进行加法运算，输出运算结果a0～a3，若en1为低电平时，则对所述分块中的t位数据进行减法运算，输出运算结果a0～a3；所述第一A部分计算模块接收外部的使能信号en2，若en2为高电平时，则对运算结果a0～a3进行加法运算，得到两个系数b0、b1；若en2为低电平时，对运算结果a0～a3进行减法运算，得到两个系数b0、b1；所述第一A部分计算模块将两个系数b0、b1分别进行左移6位后，得到两个左移后的系数，再对两个左移后的系数分别进行加法和减法运算，从而得到第一转换结果y0、y4；同时，所述第一A部分计算模块对两个系数b0、b1分别输入内部的SAU1计算模块得到4个不同的系数；再对4个不同的系数分别进行加法和减法运算，从而得到第二转换结果y2、y6；所述第一B部分计算模块将运算结果a0～a3分别一起输入内部的四个SAU2计算模块中，相应得到四组的4个不同系数；再对四组的4个不同系数进行两两加法运算，得到8个不同的系数，最后对8个不同的系数进行两两加法运算，得到第三转换结果y1、y3、y5、y7；由转换结果y0～y7构成矩阵Y中的一行数据，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜高明，贾贤虎，吕天毅，张多利，王晓蕾，李桢旻，
申请(专利权)人：合肥工业大学，
类型：发明
国别省市：