I nte rna t io na l J o urna l o f   Rec o nfig ura ble a nd   E m be dd e d Sy s t e m s   ( I J R E S)   Vo l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 8 ,   p p .   82 ~ 90   I SS N:  2 089 - 4 864 ,   DOI 1 0 . 1 1 5 9 1 /i j r es .v 7 .i 2 . p p 82 - 90          82       J o ur na l ho m ep a g e h ttp : //ia e s co r e. co m/jo u r n a ls /in d ex . p h p / I JR E S /in d ex   FP G I m pl e m ent a tion o DTC WT  a nd P CA  B a sed  Wa ter m a r k ing   T echnique       M.   S.  Su dh a 1 T.   C .   T ha n uja 2   1 De p a rtme n o f   El e c tro n ics   a n d   c o m m u n ica ti o n   E n g in e e rin g ,   Ja in   u n iv e rsity ,   Be n g a lu ru ,   In d ia   2 De p a rtme n o f   V e ry   larg e   sc a le i n teg ra ti o n   a n d   Em b e d d e d   sy ste m ,   Ce n ter f o P o st g ra d u a ti o n   S t u d ie s,  V T U,    Be lg a u m ,   In d ia       Art icle  I nfo     AB ST RAC T   A r ticle  his to r y:   R ec eiv ed   Ma r ch   03 ,   2 0 1 8   R ev i s ed   Ma y   04 ,   2 0 1 8   A cc ep ted   Ma y   2 8 ,   2 0 1 8       T h e   h a rd w a re   i m p le m e n tatio n   o f   th e   im a g e   w a ter m a rk in g   a l g o rit h m   o ff e rs   n u m e ro u d isti n c a d v a n tag e o v e th e   so f tw a r e   i m p lem e n tatio n   i n   term o lo w   p o w e c o n su m p ti o n ,   les a re a   u sa g e   a n d   re li a b il it y .   T h e   a d v a n tag e o f   Du a T re e   Co m p le x   W a v e let  T ra n sf o rm   (D T CWT a n d   P r in c ip le  Co m p o n e n t   A n a l y si (P CA tec h n iq u e a re   e x trac ted   to   i m p ro v e   th e   ro b u stn e ss   a n d   p e rc e p ti b il i ty .   T h e   h a rd w a re   wa ter m a r k in g   so lu ti o n   is  m o re   e c o n o m ica l,   b e c a u se   a d d i n g   t h e   c o m p o n e n t   o n ly   tak e u p   a   sm a ll   d e d ica ted   a re a   o f   sili c o n .   T h e   a lg o rit h m   is  d e v e lo p e d   a n d   sim u late d   u sin g   M a tl a b ,     S im u li n k   a n d   sy ste m   g e n e ra to r.   T h e   i m p le m e n tatio n   is  c a rried   o u u si n g   S p a rtan   6   Dili g e n A tl y F ie ld   P ro g ra m m a b le  Ga te  a rra y   (F P G A ).     T h e   a rc h it e c tu re   u se 2 5 6   sl ice   re g isters ,   2 5 7   sl ice   L o o k   Up   T a b l e (L U T ’s)   a n d   4 7   I /O  p i n s.  I a lso   m e e ts  th e   re q u irem e n o f   h ig h   sp e e d   a rc h it e c tu re   w it h   a   d e lay   o f   1 . 3 2 8 n s a n d   a n   o p e ra ti n g   f re q u e n c y   o f   5 4 9 . 4 5 1 M Hz .   K ey w o r d s :   2 DW T   2 s ig n al  s p ec tr u m   DT C W T   P C A   R o b u s t n es s     Co p y rig h ©   2 0 1 8   In stit u te o A d v a n c e d   E n g i n e e rin g   a n d   S c ien c e   Al rig h ts re se rv e d .   C o r r e s p o nd ing   A uth o r :   M .   S .   Su d h a ,     Dep ar t m en t o f   E lectr o n ics a n d   C o m m u n icat io n   E n g i n ee r in g .   J ain   Un i v er s it y ,   A tr ia  T o w er s ,   No . 1 ,   P alac R o ad ,   B an g alo r 5 6 0 0 0 1 ,   I n d ia.   E m ail:  s u d h a m s @ s ap th a g ir i.e d u . in       1.   I NT RO D UCT I O N   T h tech n o lo g y   o f   d i g ital  w a t er m ar k i n g   h a s   g ai n ed   g r ea s u cc ess   to   s o lv t h b a s ic  p r o b lem   o f   le g al   o w n er s h ip   an d   co n te n au th e n ticatio n   f o r   d ig ital  m ed ia  s u ch   as  lik i m a g e,   v id eo ,   m u s ic  e tc.   T h ese  p r o b lem s   ar is d u to   ad v a n ce s   i n   i n te r n et  an d   co m p u ter   te c h n o lo g y   i n   th r ec e n y ea r s .   De v elo p m e n i n   t h ese  t w o   tech n o lo g ies  co m i n g   to g et h er   p r o v id es  th to o f o r   u n li m ite d   co p y i n g   o f   d ata  a n d   s h ar it  o n   in ter n et  w i th o u t   an y   lo s s   i n   f id elit y   [ 1 ] .   Dig ital   w ater m ar k   i s   t h in f o r m atio n   s i g n al  t h at  co n te n t s   t h e   o w n er s   co p y r i g h in f o r m at io n   to   p r o tect   th m u lti m ed ia  d ata.   L ater ,   w ater m ar k   ca n   b ex tr ac ted   f r o m   s u s p ec ted   i m ag to   v er if y   t h o w n er s h ip   id en ti f icatio n   [ 2 ] .   T h h ar d w ar im p le m en tatio n   o f   w a ter m ar k i n g   o f f er s   s e v er al  d is tin ct  ad v an tag e s   o v er     th s o f t w ar i m p le m e n tat io n   in   ter m s   o f   lo w   p o w er   co n s u m p t io n ,   les s   ar ea   u s ag an d   r eliab ilit y   [ 3 ].   T h h ar d w ar i m p le m en ta tio n   o f   is   d o n o n   c u s to m - d e s ig n ed   cir c u itr y   eit h er   o n   A p p licatio n   Sp ec i f ic   I n teg r ated   C ir c u it s   ( ASI C s )   o r   Field   P r o g r am m ab le  Gat A r r a y s   ( FP GA ) .   I ts   attr ib u tes  ar r ea ti m e   ca p ab ilit ies,  co m p ac i m p le m en tatio n s ,   p o w er   co n s u m p tio n ,   p r o p ag atio n   d ela y   i n   tu r n   s p ee d   an d     ar ea   r eq u ir ed .   T h m ai n   o b j ec tiv o f   th is   p ap er   is   to   d escr ib an   in v is ib le,   r o b u s t,  ef f icie n h ar d w ar b ased   co n ce p t   o f   d ig ital  i m ag w a ter m a r k in g   s y s te m ,   w it h   ad d itio n al  f ea t u r es  lo w   p o w er   co n s u m p tio n ,   lo w   co s t   i m p le m en ta tio n ,   h ig h   p r o c ess i n g   s p ee d   an d   r eliab ilit y   [ 3 ] .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   b ase d   o n   t w o   tech n iq u es   DT C W T   an d   P C A .   T h tr an s f o r m   DT C W T   is   an   en h an c ed   v er s io n   o f   d is c r ete  w av el et  tr an s f o r m ,   w h ic h   in cl u d es  t h ad v a n ta g o f   g o o d   d ir ec tio n alit y ,   p h a s in f o r m at io n   a n d   p er f e ct  r ec o n s tr u ct io n .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   I mp leme n ta tio n   o f D TC W T a n d   P C A   B a s ed   W a ter m a r kin g   Tech n iq u e   ( M.   S .   S u d h a )   83   T h P C A   is   b asicall y   u s ed   to   r ed u ce   co m p le x   d atasets   to   lo w er   d i m e n s io n .   T h alg o r ith m   h a s   th i n h er en t   p r o p er ty   o f   r e m o v i n g   t h e   co r r elatio n   a m o n g s th d ata  i.e .   th w a v elet  co ef f icie n t s   an d   it  h elp s   in   d is tr ib u ti n g   th w ater m ar k   b its   o v er   th s u b - b an d   u s ed   f o r   e m b ed d in g   th u s   r es u lti n g   i n   m o r r o b u s w ater m ar k in g   s ch e m t h at  i s   r esi s tan t o   al m o s al p o s s ib le  attac k s   [ 4 ] .   T h w ater m ar k   i s   e m b ed d ed   in to   t h l u m in a n ce   co m p o n e n t   o f   th e x tr ac ted   f r a m es   as  i is   les s   s en s iti v to   t h h u m a n   v is u al  s y s te m .   T h p r o p o s ed   alg o r ith m   is   d esig n ed   in   M atlab   2 0 1 3 a ,   Si m u lin k   an d   s y s te m   g en er a to r ,   Xilin x   1 4 . 7 .   T h alg o r ith m   i s   i m p le m e n ted   u s i n g   Sp ar tan 6   Dig ilen t   A tl y s .   I n   t h is   p ap er   s ec tio n   2   g i v es  r e v ie w   o f   li ter atu r e,   s ec tio n   3   ex p lai n s     th w ater m ar k in g   al g o r ith m ,   s ec tio n   4   i s   ab o u t   ar ch itect u r o f   al g o r ith m   u s in g   s i m u l in k b lo ck s ,   s ec tio n   5   g iv e s   r es u lts   a n d   last l y   s ec tio n   6   is   co n clu s io n .       2.   L I T E R AT U R E   SU RVE Y   Data   au th e n ticatio n   is   o n o f   th m o s i m p o r tan r eq u ir e m en i n   p r esen d ay   co m m u n icat io n   s y s te m s . O n o f   t h p o p u lar   tech n iq u u s ed   in   a u th e n tica tio n   is   w a ter m ar k in g   tec h n iq u es.  L i m ,   H y u n   et. al   h a s   u s ed   Dis cr et  co s in tr an s f o r m   an d   L ea s S i g n i f ican B it  ( L S B )   tech n iq u to   d esig n   i n v i s ib le  [ 5 ]   w ater m ar k i n g   tech n iq u e f o r   th ed i g ital  ca m er a s   an d   it   is   te s ted   b y   i m p le m e n t in g   it  o n   FP G A   k it.   T h w ater m ar k   is   e m b ed d ed   to   th i m a g co m in g   o u o f   s en s er   m u ch   f a s ter   t h an   th s o f t w ar i m p le m en ta tio n .   T a m il v an a n   et. al   ad o p ted   DW T   an d   L SB   tech n iq u t o   im p r o v th r o b u s tn e s s   a n d   p er ce p tib ilit y   o f   th w at er m ar k   tech n iq u e.   T h is   w ater m ar k i n g   tec h n iq u e   is   i m p le m e n ted   o n   FP GA   [ 6 ] .   So n jo b   De b   R o y ,   et. al  p r esen t s   h ar d w ar e   i m p le m en ta tio n   o f   d i g ital  wate r m ar k i n g   s y s te m   th a ca n   i n s er i n v is ib le,   s e m i f r ag ile  w a ter m ar k   in f o r m atio n   in to   co m p r es s ed   v id eo   s tr ea m s   in   r ea lti m [ 7 ] .   T h w o r k   d is cu s s es   ab o u t h w ater m a r k   e m b ed d in g   u s in g   d is cr ete  co s in tr an s f o r m   d o m ain   w h ich   u s u all y   co n s u m es  h ig h   p o w er   as  it  r eq u ir es  la r g es   co m p u tatio n s   an d   also   r esu lts   in   d eg r ad atio n   o f   th q u alit y .   E n as  D h u h r Ku s u m an d   et. al  also   d is cu s s es   DC T   b ased   im ag e   co m p r es s io n   u s i n g   Har d w ar Descr ip tiv L a n g u a g ( HDL )   f o r   h ar d w ar ap p licatio n   w h ic h   in   tu r n   r es u lts   i n   h ig h   p o w er   co n s u m p tio n   [ 8 ] .   P an k aj   U.   L an d et. al  d escr ib ed   w ater   m ar k i n g   al g o r ith m   i n   Dis cr ete   Had a m ar d   T r an s f o r m   ( DHT )   d o m ai n   [ 9 ] .   T h alg o r ith m   w a s   d ev elo p ed   u s i n g   th h u m a n   v is u al  s y s te m   ( HV S )   b ased   o n   DHT .   T h is   tech n iq u e   co n s u m ed   lar g e ar ea .   T h er e f o r ,   th er e   is   n ee d   o f   alg o r it h m   f o r   h i g h   s p ee d   ap p licatio n s .   T h p a p er   also   d is cu s s   ab o u DC T /I DC T   f o r   d ig ital  w ater m ar k i n g   in   s p atial  d o m ai n .   R aj esh   Kan n a n   Me g ali n g a m   et. al  d escr ib es  [ 10 ]   th ei m p le m en tatio n   o f   i m ag w ater m ar k i n g   m eth o d   in   th e   s p atial  d o m ain   a n d   DC T   u s i n g   Ma tlab ,   Ver ilo g   HD L   an d   FP GA . P ea k   s ig n al  to   n o is e   r atio (   P SNR )   is   co m p ar ed     f o r   b o th   d o m ai n s .   S.  So w m y a   et. al   n ar r ates  th FP GA   i m p le m e n tatio n   o f   en h an ce m e n tec h n iq u es  d u r i n g   t r as m i s s io n   d u to   th lo s s   o f   in f o r m a tio n .   T h alg o r ith m s   w er i m p le m en ted   o n   x c2 v p 3 0 - 7 f f 8 9 6   ta r g et  d ev ice.   Nu m b er   o f   b lo ck   R a n d o m   A cc e s s   Me m o r y   ( R AM )   r eq u ir ed   in   ca s o f   h i s to g r a m   eq u al izatio n   i s   l ess   as  co m p ar ed   to   b r ig h t n es s   co n tr o an d   co n tr a s s tr etc h in g .   T h m i n i m u m   p er io d   in   ca s o f   all  th th i m p le m en ta tio n s   is   5 . 0 0 1 n s   [ 1 1 ].   P   Kar th ig aik u m ar et. al  d escr ib es  th f r ag i le  an d   s e m f r ag ile  w ater m ar k in g   tec h n iq u es  a n d   s o m s er io u s   d i s ad v a n tag e s   lik i n cr ea s ed   u s o f   r eso u r ce s ,   lar g er   ar ea   r eq u ir e m en t s ,   an d   h ig h   p o w er   co n s u m p tio n .   I n   o r d er   to   o v er co m t h i s ,   r o b u s t in v i s ib le  w at er m ar k i n g   tec h n iq u i s   u s ed   u s in g   DW T   [ 1 2 ].   W ae W asfy a   et. al  d is c u s s es  a b o u th in cr ea s in g   t h s p ee d   an d   ac cu r ac y   f o r   f as i m ag e   p r o ce s s in g   alg o r ith m s   d u r i n g   co m p u ti n g   th i m a g in te n s it y   f o r   lo w   lev el  3 x 3   alg o r ith m w it h   d if f er e n k er n e b u h av in g   th s a m p ar a llel  ca lc u lat io n   m et h o d   is   ac h iev ed   i n   t h is   w o r k   [ 1 3 ] .   T h p ap er   also   ex p lain s   FP GA   is   o n o f   th f as test   e m b ed d ed   s y s te m s   th at  ca n   b u s ed   f o r   im p le m e n ti n g   t h f ast  i m ag p r o ce s s i n g   i m a g alg o r ith m s   b y   u s i n g   DSP   s lice  m o d u le  i n s id t h FP G A   [ 1 3 ].   T h a d v a n ta g o f   t h D SP   s lice  i s   f aster ,   ac cu r ate,   h ig h er   n u m b er   o f   b its   i n   ca lcu latio n s .   U s in g   h ig h er   n u m b e r   o f   b its   d u r in g   alg o r it h m   ca lc u latio n s   w ill lea d   to   h ig h er   ac cu r ac y   co m p ar ed   w it h   u s i n g   th s a m i m a g alg o r ith m   ca lc u la tio n s   w it h   le s s   n u m b er   o f   b i t s ,   also   r ed u cin g   FP G A   r eso u r ce s   as  m i n i m u m   as p o s s ib le.   Mo h a m m ad - R ez Ke y v a n p o u r d is cu s s es  t h i m p o r atan ce   o f   w av e lets   f o r   w ater m a r k in g   an d   co m p ar is o n   o f   v ar io u s   tr an s f o r m   d o m ai n   tech n ic h es.  T h is   p ap er   d is cu s s e s   th u s ag o f   DW T   in   d esig n i n g   au th e n tica ti o n   al g o r ith m   w h i ch   f ails   f o r   d if f er en t   v ar ia n c es  an d   d i f f er e n d ir ec tio n ali ti es.  Hen ce   n ee d   o f   w a v let s   lik DT C W T   is   r eq u ir ed   to   ac h i ev h i g h er   d eg r ee   o f   f r ee d o m   [ 1 4 ].       3.   T H E   I M AG E   WAT E RM ARK I NG   A L G O RI T H M   T h p r o p o s ed   w ater m ar k i n g   is   d ev elo p ed   u s i n g   tr an s f o r m   b ased   d o m a in   tech n iq u e.   I n   t r an s f o r m   d o m ai n   t h tr an s f o r m   co ef f icien t s   ar m o d i f ied   r at h er   th a n   t h p i x el  v al u e.   T o   d etec w ater m ar k ,   I n v er s tr a n s f o r m   is   u s ed .   T h DT C W T   is   th tr an s f o r m   d o m ai n   u s ed   i n   th i s   w o r k .   T h p r in cip le  co m p o n en alg o r ith m ,   L SB   tech n iq u es  ar u s ed   to   em b ed   th w ater m ar k   s i g n al  [ 4 ] .   T h em b ed d in g   an d   ex tr ac tio n   alg o r ith m   is   s h o w n   i n   Fi g u r e   1.   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   82     90   84       Fig u r 1 W ater m ar k   e m b ed d in g   a n d   ex tr ac tio n   alg o r it h m       Fig u r e1   s h o w s   t h e m b ed d i n g   an d   ex tr ac tio n   al g o r ith m .   T h es s tep s   ar as  f o llo w s   a.   T h h o s t a n d   w ater m ar k   i m a g es o f   a n y   s ize  ar co n v er ted   to   g r a y s ca le  an d   t h en   r e s ized   to   s m al ler   v al u to   r ed u ce   th e co m p le x it y   of   p r o ce s s i n g   t h i m ag e.     b.   Du al  tr ee   co m p lex   w av elet   tr an s f o r m   i s   p er f o r m ed   to   g e n e r ate   8   d if f er e n s u b b an d s   L a L a,   L a L b ,   L a Ha,   L b Hb ,   L aHa ,   L b Hb ,   HaH an d   Hb Hb .   c.   T h eL aL a   co m p o n en is   u s ed   f o r   w a ter m ar k   e m b ed d in g   an d P r in cip le  co m p o n e n t a n al y s is   is   ap p lied   o n   th i s   L a L s u b   b an d   co ef f ic ien t s .   d.   L ea s s i g n i f ica n t b it tec h n iq u e   is   u s ed   to   e m b ed   th w ater m a r k   s i g n al  i n   h o s t i m ag e.   e.   T h w ater m ar k ed   i m ag ca n   b ex tr ac ted   u s in g   ex tr ac tio n   alg o r ith m   w h ich   i s   a   r ev er s p r o ce s s   o f   e m b ed d in g   [ 4 ].   P ec ep tib ilit y   is   c h ec k ed   b y   ca l cu lati n g   p ea k   s ig n al  to   n o is r atio   b et w ee n   o r ig i n al  h o s t i m a g an d   t h e   w ater m ar k ed   i m ag e.   T h ex t r ac ted   w ater m ar k s   ca n   b co m p ar ed   w ith   o r ig i n al  w ater m ar k   s u b j ec tiv el y .   B esid s u b j ec tiv el y   j u d g m e n f o r   th w ater m ar k   f id elit y ,   w e   h av d ef i n ed   an   o b j ec tiv m e asu r o f   s i m ilar it y   b et w ee n   th o r ig in al  w a ter m ar k   an d   th e x tr ac ted   w ater m ar k .   Fo r   in s ta n ce   a p p ly in g   an y   i m ag p r o c ess in g   o p er atio n   to   th w ater m ar k ed   i m a g t h at  p er f o r m s   lo p ass   f il ter in g   ( co m p r ess io n ,   r esizin g ) ,   w ill  r esu lt  in   lo s s   o f   m u ltis ca le  DT - C W T   co e f f icien ts   i n   h i g h er   f r eq u en c y   b an d s   o f   th w ater m ar k .   I n   t h i s   ca s e,   m u lti s ca l DT - C W T   c o ef f icie n ts   i n   lo w er   f r eq u en c y   s u b   b an d s   to   b u s ed   to   d eter m i n w h e th er   s u s p ec ted   i m ag e   co n tain s   w ater m ar k s .   T h s ig n a ls   ar u s u al l y   e m b ed d ed   in to   th e   p er ce p tu al l y   i m p o r tan co m p o n en ts   o f   t h h o s i m a g to   ac h iev e   b a lan ce   o f   p er ce p tu al  q u alit y   a n d   R o b u s tn e s s .     3 . 1 .   DT CWT   Co m p uta t io n   Du al - tr ee   co m p lex   d is cr ete  w a v elet  tr an s f o r m   ( DT C W T )   p r o v id es  ad v an tag e s   o v er   th cr iticall y   s a m p led   DW T   f o r   s ig n al,   i m a g e,   an d   v id eo   p r o ce s s in g .           Fig u r 2 DT C W T   lev el  d ec o m p o s itio n       T h D T C W T   is   o n o f   th m o s p r o m is i n g   d ec o m p o s i tio n s   t h at  h a s   an   ad v a n tag e   o f   g o o d   d ir ec tio n alit y ,   p h ase  i n f o r m ati o n ,   p er f ec r ec o n s tr u ctio n   an d   li m ited   r ed u n d an c y .   T h d r a w b ac k s   o f   DW T   is   s atis f ac to r il y   r e m o v ed   i n   t h d u al - tr ee   co m p lex   w av ele tr an s f o r m   ( DT C W T )   [ 4 ] .   T w o   cla s s ical  w a v elet  tr ee s   ( w it h   r ea f ilter s )   ar d ev el o p ed   in   p ar allel,   w it h   th w a v elet s   f o r m i n g   ( ap p r o x im ate)   Hilb er p air s .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   I mp leme n ta tio n   o f D TC W T a n d   P C A   B a s ed   W a ter m a r kin g   Tech n iq u e   ( M.   S .   S u d h a )   85   On ca n   th e n   in ter p r et  th w a v elets  i n   th t w o   tr ee s   o f   th DT C W T   as  th r ea l   an d   im a g in ar y   p ar ts   o f   s o m e   co m p le x   w av e let.   T h r eq u ir e m en f o r   th d u al - tr ee   s etti n g   f o r   f o r m in g   Hilb er tr an s f o r m   p air s   i s   th w ell - k n o w n   h al f   s a m p le  d ela y   co n d itio n .   T h r esu ltin g   co m p lex   w a v elet  is   th e n   ap p r o x i m atel y   an al y tic     ( i.e .   ap p r o x im ate l y   o n s id ed   in   th f r eq u e n c y   d o m ai n ) . I h as  th ab ilit y   to   d if f er en t iate  p o s itiv an d n eg at iv e   f r eq u en c ies.   I p r o d u ce s   s ix   s u b b an d s   o r ien ted   in   ± 1 5 ,   ± 4 5 ,   ± 7 5 .   Fig u r e   2   s h o w s   t h DT C W T   d ec o m p o s it io n   o f   t w o   tr ee s   w h ich   co n s is ts   o f   r ea an d   im a g i n ar y   p ar ts .   T h Ma tlab   s i m u latio n   o f   1 - lev el  DT C W T   is   s h o w n   in   Fig u r 3 .   T h in f o r m a tio n   is   av ailab le  at  L a L a   b an d   an d   r em ai n i n g   s u b   b an d s   h as  h ig h     f r eq u en c y   co m p o n e n t.   Sin ce   h u m a n   e y es  ar n o s en s iti v to   s m all  ch a n g i n   th ed g es  an d   th tex t u r es  o f     th i m a g e,   L a L s u b b an d   i s   s elec ted   to   e m b ed   w ater m ar k   s ig n a e f f icien tl y   an d   i n v is ib il it y   o f   th e   w ater m ar k   is   k ep t a t lo w   r eso lu t io n .           Fig u r 3 1 - L e v el  DT C W T       4.   ARCH I T E C T UR E   O F   T H E   WAT E RM ARK I NG   A L G O RIT H M S.   T h Desig n ed   a n d   s i m u lated   w ater m ar k ed   al g o r it h m   u s i n g   MA T L A B   i s   i m p le m en ted   o n   th Sp ar ta n   Dilig e n Atl y s   FP GA  k i t to   ch ec k   th e   ar ea   r e q u ir ed ,   s p ee d   an d   p o w er   co n s u m p t io n .   T h VHDL   an d   Ver ilo g   co d ca n   b e   au to m at icall y   g e n er ated   f o r   Xilin x   FP G A s   f r o m   M A T L A B   u s in g   HD L   C o d er ,   Si m u lin k ,   an d   Statef lo w   m o d els.HD L   C o d er   s u p p o r ts   co d g en er atio n   f o r   Si m u li n k   m o d els  co n s tr u cted   w it h   co m b i n atio n   o f   b lo ck s   f r o m   S i m u li n k   an d   Xilin x - s p ec if ic  b lo ck   s et s   f r o m   s y s te m   g e n er ato r .   T h s y s te m   g e n er ato r   Su b s y s te m   b lo ck   in   HD L   c o d er   en ab les  to   in clu d m o d els  b u ilt  w ith   s y s te m   g en er at o r   in   Sim u li n k   as   s u b s y s te m s .   HD L   C o d er   u s e s   s y s te m   g e n er ato r   to   g en er ate   co d f r o m   t h s u b s y s te m   b l o ck s   an d   i n te g r ates     th co m p lete  d esi g n   in to   s y n th esizeab le  HDL .     4 . 1 .   Wa t er m a r k   E m be dd ing   a nd   E x t ra ct io n Sy s t e m   Si m u li n k   m o d el  o f   w ater m a r k   e m b ed d in g   an d   ex tr ac tio n   s y s te m   is   s h o w n   in   Fi g u r 4 .   I m p o r h o s t   an d   w ater m ar k   i m a g es  o f   an y   s ize.   T h co lo r   s p ac co n v er s io n   co n v er t s   th i n p u v al u es  f r o m   t h R ' G ' B co lo r   s p ac to   in ten s it y .   T h e s t w o   i m a g es  ar r esized   to   s m aller   d i m e n s io n s   to   m ak e   th th p r o ce s s i n g   ea s ier   an d   r esizi n g   tech n iq u u s ed   h er i s   b ili n ea r   in ter p o latio n .   T h r esized   o u tp u i s   p a d d ed   w i th   co n s ta n v alu e s   to   i m p r o v th r e s o lu ti o n   o f   t h i m ag e.   T h p r ep r o ce s s i n g   in cl u d es  tr a n s p o s i n g ,   2 to   1 co n v er s io n ,   f r a m co n v er s io n   an d   t h en   u n b u f f er   o r   co n v er t to   s ca lar   s a m p le  o u tp u t a t h i g h er   r ate.         Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   82     90   86       Fig u r 4 .   Si m u li n k   m o d el  o f   a   w ater m ar k   e m b ed d i n g   a n d   ex tr ac tio n   s y s te m       4 . 2 .   T he  DT CWT   co m p uta t io n M o del   T h D T C W T   is   p e r f o r m ed   af ter   p r p r o ce s s in g o n   h o s an d   w ater m ar k   i m ag Fi g u r e   5   s h o w s   s i m u li n k   m o d el  o f   DT C W T   . E ac h   s u b s y s te m   u s es  r ea D TC W T   1 s lev el  co - ef f icien t   r ea ( tr ee   a )   an d   i m a g in ar y   ( tr ee   b )   p ar ts .   R ea an d   i m a g i n ar y   p ar ts   o f   DT C W T   f o r m   q u ad r atu r p air .   Su b s y s te m 1   a n d   s u b s y s te m   2   p r o ce s s   t h co   ef f icien th r o u g h   2 n d   le v el   D TC W T   co ef f icien ts   g en er ated   is   s h o w n   i n     S th Fi g u r 4 .   E ac h   s u b s y s te m   u s es  r ea D TC W T   1 s lev el  co - ef f icie n r ea ( tr ee   a)   an d   i m ag in ar y   ( tr ee   b )   p ar ts .   R ea a n d   i m a g i n ar y   p ar t s   o f   DT C W T   f o r m   q u ad r at u r p air .   Su b s y s te m 1   an d   s u b s y s te m   2   p r o ce s s   th e   co   ef f icie n t t h r o u g h   2 n d   le v el  D TC W T   co ef f icien t s .           Fig u r 5 .   Si m u li n k   m o d el  o f   2   lev el  d ec o m p o s itio n   u s i n g   D T C W T     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   I mp leme n ta tio n   o f D TC W T a n d   P C A   B a s ed   W a ter m a r kin g   Tech n iq u e   ( M.   S .   S u d h a )   87   4 . 3 .   T he  I DT CW T   co m p uta t io n M o del   T h ex tr ac tio n   alg o r ith m   i n cl u d es  r ev er s p r o ce s s   o f   em b e d d in g . I n v er s DT C W T   is   u s ed   to   ex tr ac   th w ater m ar k   f r o m   h o s i m ag e.   Fi g u r 6   s h o w s   s i m u lin k   m o d el  o f   I DT C W T   an d   e x tr ac tio n   al g o r ith m .   P r o p o s ed   alg o r ith m   b ased   I DT C W T   p r o v id b etter   f ea tu r es   u s i n g   lo w   p as s   an d   h i g h   p ass   an al y tic  f ilter s .           Fig u r 5 .   I n v er s d u al  tr ee   co m p lex   w a v elet  tr a n s f o r m   ( I DT C W T )   at  ex tr ac tio n .       5.   E XP E R I M E NT A L   RE SUL T S   T h i m p le m e n tatio n   is   ca r r ie d   o u u s i n g   s i m u li n k ,   s y s te m   g en er ato r   an d   Sp ar ta n   6   Dig i l en A tl y s .   T o   v ie w   th i m ag e s   s i m u lin k   m o d els  ar s i m u lated   r esu l ts   ar d is p lay ed   in   5 . 1 . HDL   co d er   w ill  co n v er t   Ma tlab   co d to   Ver ilo g   HDL   co d an d   th en   i m p le m e n t ed   o n   Di g ile n A t l y s   . R ep o r ts   o f   t h is   i m p le m e n tatio n   g iv e s   s p ee d ,   p o w er   co n s u m p t i o n   an d   ar ea   r eq u ir ed ,   th is   in f o r m atio n   i s   d is p la y ed   i n   s ec tio n   5 . 2 .     5 . 1 .   P r o po s ed  Arc hite ct ure  i s   Desig ned U s ing   M a t la b,  Si m u lin k a nd   Sy s t e m   G ener a t o r   T h d esig n ed   s i m u lin k   m o d el   f o r   w ater m ar k   e m b ed d in g   a n d   ex tr ac tio n   a lg o r it h m   is   s i m u lated   a n d   r esu lt s   ar s h o w n   b elo w .   T h e   v id eo   v ie w er   d is p la y   o f   h o s t   i m a g e,   w ater m ar k   i m a g e,   e m b ed d ed   i m ag e   an d   ex tr ac ted   i m a g ar s h o w n   Fi g u r e s   6 - 9   r esp ec tiv e l y .           Fig u r 6 Ho s t i m a g e       Fig u r 7 .   W ater m ar k   i m a g e   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   82     90   88       Fig u r 8 W ater m ar k   e m b ed d ed   im a g e       Fig u r 9 E x tr ac ted   W ater m ar k   i m a g e       5 . 2 .   T he  F P G I m p le m ent a t io n Re s ults    P r o p o s ed   w o r k   is   al s o   d esig n ed   u s i n g   Ver ilo g   u s i n g   Sp a r tan   6   XC 6 SLX4 5   Dig ile n A tl y s .   H D L   co d er   g en er ates  VHDL   o r   Ver ilo g   co d e.   T h R T L   ( R eg is ter   T r an s f er   b lo ck )   b lo ck   o f   w ate r m ar k i n g   s y s te m   i s   s h o w n   i n   Fi g u r 1 0 .   T h L U T s   o f   t h R T L   b lo ck   ar s h o w n   i n   Fi g u r 1 1 .   T h d ev ice  u tili za t io n   s u m m ar y ,   ti m i n g   s u m m ar y   a n d   R T L   v ie w   o f   p r o p o s ed   w o r k   is   a s   s h o w n .           Fig u r 1 0 R T L   s ch e m atic           Fig u r 1 1 L o o k   Up   T a b les   Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
I J R E     I SS N:  2089 - 4864       F P GA   I mp leme n ta tio n   o f D TC W T a n d   P C A   B a s ed   W a ter m a r kin g   Tech n iq u e   ( M.   S .   S u d h a )   89       Fig u r 1 2 Dev ice  u til izatio n   s u m m ar y           Fig u r 1 3 T im i n g   s u m m ar y       Fig u r 1 2   an d   F ig u r 1 3   s h o w   d ev ice  s u m m ar ies,  ti m m in g   s u m m ar y   o f   w a ter m ar k i n g   s y s te m   r esp ec tiv el y .   De v ice  s u m m ar y   r ev ea ls   ar ea   o cc u p ied   b y   th w ater m ar k i n g   s y s te m .   T im m i n g   s u m m ar y   g iv e s   in f o r m atio n   ab o u clo ck   p er i o d   th at  is   1 . 8 2 n s ,   o p e r atin g   f r eq u en c y   5 4 9 . 4 5 1 MH an d   d elay   o f   1 . 3 2 n s .     Fig u r 1 4   s h o w s   p o w er   co n s u m p tio n   r ep o r t.   T o tal  p o w er   is   s u m o f   d y n a m i an d   q u cien p o w er .   T h is   s y s te m   r eq u ir es 0 . 0 0 4 w   d y n a m ic  an d   0 . 0 3 6   q u icen t p o w er   f o r   th i m ag o f   1 2 8 x 1 2 8 .           Fig u r 14 Po w er   co n s u m p tio n   r ep o r t     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.
                      I SS N :   2 0 8 9 - 4 864     I J R E S   V o l.  7 ,   No .   2 J u l y   201 :   82     90   90   6.   CO NCLU SI O N   T h h ar d w ar i m p le m en tatio n   o f   th i m a g w ater m ar k i n g   alg o r ith m   b ased   o n   DT C W T   a n d   P C A   i s   ca r r ied   o u u s i n g   i m a g Ma tlab , s i m u li n k , s y s te m   g en er ato r   an d   in ter f ac ed   w i th   Sp ar tan 6   Dig i len Atl y s   C 6 S L X4 5 .   T h w ater m ar k i n g   ar ch i tectu r u s e s   2 5 6   s lic r eg is ter s ,   2 5 7   s lice  L UT s   an d   4 7   I /O  p in s .   I also   m ee ts   h ig h   s p ee d   ar ch itect u r r eq u ir e m e n ts   w i th   d elay   o f   1 . 3 2 8 n s   an d   r ea ch es  an   o p er atin g   f r eq u en c y   o f   5 4 9 . 4 5 1 MH an d   d y n a m ic  p o w er   o f   0 . 0 0 4   an d   q u ice n p o w er   o f   0 . 0 3 6 m W   f o r   1 2 8 x 1 2 8     i m a g s ize.       ACK NO WL E D G E M E NT S   I   th an k   to   Sap t h ag ir C o lle g o f   en g i n ee r in g ,   B an g alo r e,   I n d ia  f o r   th f ac ilit y   e x ten d ed   t o   ca r r y   o u t   m y   w o r k .   T h s o f t w ar an d   F P GA   b o ar d s   ar s u p p lied   b y   t h co lleg e.       RE F E R E NC E S   [1 ]   Ch a n g   a n d   J.  C.   C h u a n ,   A n   im a g e   in tellec tu a p ro p e rty   p r o tec ti o n   sc h e m e   f o g ra y - lev e i m a g e s u sin g   v isu a se c re t   sh a rin g   stra teg y ,   P a tt e rn   Re c o g n it io n   L e tt e rs,  v o l.   2 3 ,   p p .   9 3 1 - 9 4 1 ,   Ju n e   2 0 0 2 .   [2 ]   N.  Nik o laid is,  I.   P it a s,  Ro b u s Im a g e   Wate r m a r k in g   in   S p a ti a Do m a in ,   In ter n a ti o n a j o u rn a o si g n a l   p ro c e ss in g 6 6 (3 ), 3 8 5 - 4 0 3 ,   1 9 8 8 .   [3 ]   X in   L i,   Yo n a tan   S h o sh a n ,   e t . a l.   Ha rd wa re   imp lem e n ta ti o n   f o v id e o   wa ter ma rk in g   Co n f e re n c e   o n   I n f o rm a ti o n   Re se a rc h   a n d   A p p li c a ti o n s,   2 0 0 8 V a rn a ,   Bu lg a ria,  Ju n e - Ju ly   2 0 0 8 .   [4 ]   S u d h a ,   M .   S . ,   a n d   T .   C.   T h a n u ja.  " A   Ro b u st  Im a g e   W a ter m a rk in g   T e c h n iq u e   u sin g   DT CWT   a n d   P CA . "   In ter n a t io n a J o u rn a o A p p li e d   En g i n e e rin g   Res e a rc h   1 2 . 1 9   ( 2 0 1 7 ):  8 2 5 2 - 8 2 5 6 .   [5 ]   L i m ,   H y u n ,   W a n - H y u n   Ch o .   " FP GA  imp lem e n t a ti o n   o f   ima g e   wa ter ma rk in g   a l g o rit h f o a   d ig it a c a me ra . "   Co m m u n ica ti o n s,  Co m p u ters   a n d   sig n a P r o c e ss in g ,   2 0 0 3 .   P A CRIM .   2 0 0 3   IEE P a c if ic  Rim   Co n fe re n c e   o n .   V o l .   2 .   IEE E,   2 0 0 3 .   [6 ]   T a m il v a n a n ,   K.,   a n d   R.   B.   S e lv a k u m a r.   " F P G A   i m p le m e n tatio n   o f   d ig it a w a ter m a r k in g   s y ste m . "   In ter n a t io n a l   J o u rn a o Co m p u ter   S c ien c e   a n d   M o b il e   C o mp u t in g   ( IJ CS M C)   3 . 4   (2 0 1 4 ):   1 3 2 1 - 7.   [7 ]   S o n j o y   De b   Ro y ,   X in   L i,   Y o n a t a n   S h o s h a n ,   A lex a n d e F ish ,   M e m b e r,   IEE E,   a n d   Orly   Ya d id - P e c h t,   Ha rd w a re   Im p le m e n tatio n   o f   a   Dig it a W a te rm a rk in g   S y ste m   f o V id e o   A u th e n ti c a ti o n ,   1 0 5 1 - 8 2 1 5 ,   IEE E ,   2 0 1 2 .   [8 ]   En a Dh u h ri   Ku s u m a ,   T h o m a S ri  W id o d o ,   F P G A   Im p le m e n tatio n   o f   P i p e li n e d   2 D - DCT   a n d   Qu a n ti z a ti o n   A rc h it e c tu re   f o JPE G   I m a g e Co m p re ss io n ,   IE EE ,   2 0 1 0 .   [9 ]   P a n k a U.  L a n d e ,   S a n jay   N.  Talb a r,   G . N.  S h in d e ,   F P G A   I m p lem e n tatio n   o f   Im a g e   A d a p ti v e   W a ter m a rk in g   Us in g Hu m a n   V is u a M o d e l”,  IC GS T - PDCS   J o u rn a l ,   Vo l u m e   9 ,   I ss u e   1 ,   Oc to b e 2 0 0 9 .   [1 0 ]   Ra jes h   Ka n n a n   M e g a li n g a m ,   M it h u n   M u ra li d h a ra n   Na ir,   Ra h u l   S rik u m a r,   V e n k a Krish n a n   Ba las u b ra m a n ian ,   V in e e t h   S a rm a   V e n u g o p a la  S a rm a ,   P e rf o rm a n c e   Co m p a riso n   o f   No v e l,   Ro b u st   S p a ti a l   Do m a in   Dig it a Im a g e   W a ter m a rk in g   w it h   th e   Co n v e n ti o n a F re q u e n c y   Do m a in   W a ter m a rk in g   T e c h n iq u e s” ,   IEE E ,   2 0 1 0 .   [1 1 ]   S o wm y a ,   S . ,   a n d   R o y   P a il y .   " FP GA  imp lem e n ta t io n   o im a g e   e n h a n c e me n a l g o rit h ms ."   Co m m u n ica ti o n a n d   S ig n a P ro c e ss in g   (ICCS P ) ,   2 0 1 1   In tern a ti o n a C o n f e re n c e   o n .   IE E E ,   2 0 1 1 .   [1 2 ]   Ka rth ig a ik u m a r,   P . ,   a n d   K.  Ba s k a ra n .   " F P GA   i m p le m e n tatio n   o f   Hig h   S p e e d   L o w   A re a   D WT   b a se d   in v isib le   im a g e   w a t e r m a r k in g   a lg o rit h m . "   P r o c e d ia E n g in e e rin g   3 0   (2 0 1 2 ):  2 6 6 - 2 7 3 .   [1 3 ]   W a s fy ,   W a e l,   a n d   Ho n g   Zh e n g .   " G e n e ra stru c tu re   d e sig n   f o f a st   ima g e   p ro c e ss in g   a lg o rit h m b a s e d   u p o n   F P G DSP   slice . "   P h y sic s P ro c e d ia   3 3   ( 2 0 1 2 ):  6 9 0 - 6 9 7 .   [1 4 ]   Ke y v a n p o u r ,   M o h a m m a d - Re z a ,   a n d   F a rn o o s h   M e rrik h - Ba y a " R o b u st   d y n a m ic  b lo c k - b a se d   im a g e   wa ter m a r k in g   in   DW T   d o m a in . "   P ro c e d ia C o m p u ter S c ien c e   3   (2 0 1 1 ):  2 3 8 - 2 4 2 .       B I O G RAP H IE S   O F   AUTH O RS        M rs  S u d h a   M   S   is  w o rk ig   a As sitan P ro f e ss o in   El e c tro n ics   a n d   Co m m u n ica ti o n   En g in e e rin g   d e p a rtm e n a S a p a th a g iri   c o ll e g e   o f   En g in e e rin g ,   Ba n g a lo re .   He Re se a rc h   In ste re sts  a re   Dig it a im a g e   w a t e r m a r k in g .         Dr.   T .   T h a n u ja  is   w o rk in g   a p ro f e ss o in   De p a rtm e n o f   V L S a n d   Em b e d d e d   sy ste m ,   V T U   Be lag u a m .   He re s e a rc h   in ste re sts a re   Dig it a ima g e   wa ter m a r k in g   a n d   Na n o tec h n o lo g y .     Evaluation Warning : The document was created with Spire.PDF for Python.