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基于CUDA的图像数字水印技术的研究

作　者: 吕庆
导　师: 朱瑞军
学　校: 大连理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 数字媒体数字水印技术 CUDA 并行计算
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

随着计算机科学与网络技术的不断发展,数字图像、数字音频、数字视频等数字媒体越来也多地占据了人们的日常生活之中。而数字媒体的安全性与合法性逐渐成为了人们关注的课题。作为众多数字信息加密手段的一种,数字水印技术近年来发展迅速,成为数字产品在产权保护方面强有力的保障。由于水印破译手段的不断改进,为了实现更高质量的图像效果和更安全的信息保护能力的要求,数字水印技术逐渐向大型化和复杂化的方向发展。伴随着新兴电子产品的不断出现,水印产品每年以数以亿计的规模不断被生产出来,高复杂度下的数字水印算法的时间延迟被不断放大,不但浪费了大量资源,同时也给水印信息带来了危险性。NVIDIA公司推出的CUDA计算统一设备架构,根据显卡的硬件结构特点,以并行指令集为运算方式,近年来发展迅速,已应用在大量的科学计算的优化算法之中。基于显卡的图形处理及其通用计算成为图形学及高性能计算领域的热点研究课题。本文以探索GPU大规模并行通用计算的运用模式为目标,从传统问题入手,选择典型算法进行研究,主要研究了图像数字水印算法中时域水印嵌入算法、频域水印嵌入算法和压缩域水印嵌入算法这三类算法在GPU上的并行化。传统图像水印算法存在迭代繁琐,不适宜并行计算等特点。本文提出了基于转换矩阵的公式变换策略,通过矩阵计算来解决传统水印嵌入算法中的并行性计算问题。本文在水印并行化计算的基础上,进一步研究了并行化计算的优化策略,包括共享存储器和流计算在GPU计算过程中的提速问题,进一步提高了水印嵌入算法的执行效率。文本通过对图像数字水印技术的串、并行对比试验,证明了基于CUDA的图像数字水印技术在不降低图像质量、图像鲁棒性和水印隐秘性的前提下,对于传统的水印嵌入算法的执行效率具有极大的提升。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
引言  8-9
1 CUDA简介  9-17
  1.1 并行计算的发展  9
  1.2 CUDA起源  9-11
  1.3 CUDA的模型框架  11-12
  1.4 CUDA编程模型  12-15
  1.5 研究意义  15-17
2 数字水印技术简介  17-29
  2.1 数字水印背景  17-18
  2.2 数字水印的发展  18
  2.3 数字水印概念及框架  18-20
  2.4 数字水印的嵌入与提取算法  20-29
    2.4.1 时空域水印算法  20-22
    2.4.2 频域水印算法  22-24
    2.4.3 压缩域水印算法  24-29
3 串行水印算法设计  29-40
  3.1 实验概况  29-31
    3.1.1 实验目的  29
    3.1.2 实验平台  29
    3.1.3 实验对象  29-31
  3.2 LSB串行水印算法  31-34
  3.3 DCT串行水印算法  34-37
  3.4 JPEG压缩域串行水印算法  37-39
  3.5 串行实验小结  39-40
4 并行水印算法设计  40-52
  4.1 实验概况  40
    4.1.1 实验目的  40
    4.1.2 实验平台  40
  4.2 并行水印算法实现  40-46
  4.3 并行算法优化  46-50
    4.3.1 共享存储器调用  46-48
    4.3.2 流计算  48-50
  4.6 并行实验小结  50-52
结论  52-53
参考文献  53-56
附录A 显卡CUDA计算能力  56-57
攻读硕士学位期间发表学术论文情况  57-58
致谢  58-59

基于CUDA的图像数字水印技术的研究

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