【正文】 的框架，組成，對(duì)水印的分類及攻擊方法作了介紹，同時(shí)還結(jié)合課題對(duì)醫(yī)學(xué)數(shù)字水印做了全面介紹。例如，當(dāng)發(fā)生醫(yī)療糾紛時(shí)，圖像數(shù)據(jù)是否被篡改，可以由嵌入在圖像中用于完整性認(rèn)證的水印信號(hào)來(lái)證明。當(dāng)用戶提出檢索請(qǐng)求的時(shí)候，服務(wù)器通過(guò)提取圖像中的水印信息與用戶請(qǐng)求信息進(jìn)行比較判斷。如果能把這些數(shù)據(jù)嵌入到圖像本身，就能確保在同時(shí)處理圖像和歷史記錄過(guò)程中不會(huì)發(fā)生差錯(cuò)。（1） 醫(yī)學(xué)圖像的完整性控制如果病人的電子病歷分發(fā)到各處，經(jīng)過(guò)不同的服務(wù)，進(jìn)行各種治療，文件會(huì)發(fā)生不同的變化，因而需要有一種機(jī)制來(lái)確保原始圖像的完整性。索引信息包括從診療報(bào)告中提取的關(guān)鍵字和圖像特征信息。（2） 詮釋水印 詮釋水印主要目的是講醫(yī)生的診療報(bào)告信息嵌入到圖像中。（3） 影像存檔與通信系統(tǒng)影像存檔與通信系統(tǒng)（PACS,Piture Archiving and Communication System）是醫(yī)學(xué)圖像信息管理的重要組成部分，它對(duì)醫(yī)學(xué)圖像的采集、顯示、儲(chǔ)存、交換和輸出進(jìn)行數(shù)字化處理、數(shù)字化存檔管理和傳輸，實(shí)現(xiàn)了醫(yī)學(xué)圖像在醫(yī)院內(nèi)外的告訴傳遞和分發(fā)，使醫(yī)生或患者隨時(shí)隨地都能獲取需要的醫(yī)學(xué)圖像，有助于實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)共享，促進(jìn)醫(yī)院信息化和現(xiàn)代化發(fā)展。數(shù)字醫(yī)學(xué)成像及通信的標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于病人隱私的保護(hù)是通過(guò)“基本應(yīng)用程序級(jí)機(jī)密概要”進(jìn)行保護(hù)的。遠(yuǎn)程醫(yī)療是通過(guò)信息處理和通信技術(shù)提供異地間的信息儲(chǔ)存和處理手段以及傳送聲音、圖像、數(shù)據(jù)、圖片等醫(yī)療活動(dòng)。在實(shí)際醫(yī)療活動(dòng)中，病灶區(qū)直接決定了醫(yī)生對(duì)病情的判斷。由此不難看出，無(wú)論從法律上還是從經(jīng)濟(jì)成本上考慮，任何可能對(duì)醫(yī)學(xué)圖像造成損失的操作都是不可取的。這反映在醫(yī)生對(duì)待用于醫(yī)學(xué)圖像的有損壓縮算法的態(tài)度上。這是醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印的基本應(yīng)用和初始的想法。客觀評(píng)價(jià)方法是用被測(cè)圖像偏離原始圖像的誤差來(lái)衡量被測(cè)圖像的質(zhì)量，其思想來(lái)源于數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中均方信噪比的思想度量指標(biāo)中比較經(jīng)典的指標(biāo)是基于誤差的，包括了均方差（MSE)、信噪比（SNR)、峰值信噪比（PSNR）、圖像保真度（IF）、歸一化系數(shù)（NC）。 數(shù)字水印系統(tǒng)的性能評(píng)估傳統(tǒng)的圖像質(zhì)量的評(píng)價(jià)方法一般可以分為兩種：主觀評(píng)價(jià)和客觀評(píng)價(jià)。此類攻擊通常通過(guò)偽造水印來(lái)產(chǎn)生假的原始數(shù)據(jù)或假的水印數(shù)據(jù)，從而制造混亂，使得最早嵌入的原始水印不能和偽造的水印被清楚地區(qū)分開(kāi)來(lái)，引起對(duì)水印權(quán)限的懷疑。（2）表示攻擊 表示攻擊對(duì)圖像內(nèi)容進(jìn)行修改，使水印的相關(guān)檢測(cè)失效或使得水印檢測(cè)者不能對(duì)水印信號(hào)進(jìn)行提取及恢復(fù)，這類攻擊的特點(diǎn)是水印盡管還存在于原始數(shù)據(jù)中，但水印檢測(cè)過(guò)程已不能將其恢復(fù)或檢測(cè)到其存在。攻擊方法包括濾波、壓縮、添加噪聲、圖像量化等。其中虛線框內(nèi)“原始載體數(shù)據(jù)”體現(xiàn)了盲檢測(cè)和非盲檢測(cè)的區(qū)別。變換域水印主要是利用變換域系數(shù)的改變來(lái)隱藏水印信息的，較為常見(jiàn)的有DCT變換、小波變換、傅里葉變換等，相對(duì)空間域水印而言，變換域水印的優(yōu)點(diǎn)在于擁有更大的水印容量和更好的不感知性。非盲水要原始數(shù)據(jù)和原始水印的參與；半盲水印則不需要原始數(shù)據(jù)，但需要原始水印來(lái)進(jìn)行只需要密鑰，既不需要原始數(shù)據(jù)，也不需要原始水印。脆弱水印對(duì)任何變換或處理操作都非常敏感，主要用于完整性認(rèn)證等應(yīng)用中。不可見(jiàn)水印是最為常用的水印技術(shù)，它是通過(guò)利用人類視覺(jué)系統(tǒng)（HVS）的特點(diǎn)，將水印隱藏在數(shù)據(jù)中，使得人們無(wú)法通過(guò)肉眼分辨出來(lái)。⑤ 容量水印容量是指在載體不發(fā)生形變的情況下，單位時(shí)間內(nèi)或一個(gè)作品中最多可以嵌入水印信息的量。③ 確定性數(shù)字水印所攜帶的信息必須能夠被唯一確定的鑒別，且提取應(yīng)該是容易的，即使遭到一定破壞，水印仍然能被鑒別，以判定數(shù)字作品的真正所有者。② 魯棒性數(shù)字水印的魯棒性主要是指含水印的數(shù)據(jù)在接受了一些無(wú)意或者刻意的處理后，包含的水印依舊保持完整且可以被準(zhǔn)確識(shí)別，換句話說(shuō)就是具有魯棒性的水印是不能被輕易刪除活著修改的。從水印是否可感知的角度來(lái)分，可以分為可見(jiàn)水印和不可見(jiàn)水印兩類，不同應(yīng)用場(chǎng)合對(duì)水印可見(jiàn)性的要求也不一樣，需要根據(jù)具體情況作出選擇。從通信原理方面分析，載體相當(dāng)于一個(gè)寬帶信道，而水印則是一個(gè)窄帶信號(hào)，嵌入過(guò)程就是信號(hào)在信道傳輸?shù)倪^(guò)程[8]。其中的秘密信息就是水印信息，它可以是有實(shí)際意義的信息，如用戶序列、版權(quán)標(biāo)記等信息，但需要通過(guò)適當(dāng)變換才可以嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中，它也可以是無(wú)實(shí)際意義的二值序列，可以直接作為待嵌入水印信息。第2章 ，數(shù)字水印系統(tǒng)的基本理論和醫(yī)學(xué)數(shù)字水印技術(shù)的基本介紹，本章主要概述了數(shù)字水印的基本原理和醫(yī)學(xué)水印的基本內(nèi)容。較之DCT變換，小波變換具有更好的能量集中特性，其良好的時(shí)一頻分解特性更符合人類視覺(jué)系統(tǒng)的特點(diǎn)，因此被新一代的壓縮標(biāo)準(zhǔn)如MPEG4及．JPEG2000所采用。而載體的高頻信息是人類感知系統(tǒng)不敏感的信息，通常被壓縮技術(shù)所剔除，故若在該頻帶中嵌入水印信息，水印的魯棒性較差。一種算法是將水印嵌入到DFT系數(shù)的相位信息中，其依據(jù)是Hayes的結(jié)論“從圖像可理解性的角度，相位信息比幅度信息更重要”；另外一種算法實(shí)現(xiàn)了水印的平移、旋轉(zhuǎn)和尺度拉伸不變性。且可利用變換后的相位信息嵌入水印。（2）變換域算法：隨著DFT、DCT、小波變換等被廣泛應(yīng)用于圖像的有損壓縮中，許多魯棒性水印的算法采用了DCT變換或小波變換，從而極大地提高了魯棒性。從而達(dá)到盲檢測(cè)的目的。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)，Patchwork方法對(duì)JPF,6壓縮、FIR濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力，但該方法嵌入的信息量有限。（1）空域算法：該類算法通常包括基于像素的水印和基于分塊的水印兩類。晟近，提出矢量量化的方法，預(yù)言能夠取得更加魯棒的算法。從目前的發(fā)展來(lái)看，我國(guó)相關(guān)學(xué)術(shù)領(lǐng)域的研究與世界水平處在同一階段，而且部分己推出具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品，如成都宇飛信息公司推出“宇飛數(shù)字水印印刷應(yīng)用技術(shù)”和上海阿須數(shù)碼技術(shù)有限公司研制的“數(shù)字印章技術(shù)”等。其中比較有代表性的有中國(guó)科學(xué)院研究所的劉瑞禎、譚鐵牛[3]等,北京郵電大學(xué)的楊義先、忸心析[4]等。其中美國(guó)Digimarc公司于1995年就推出了具有專利權(quán)的水印制作技術(shù)，它是世界上第一個(gè)商用數(shù)字水印軟件。作為一門(mén)數(shù)字時(shí)代的新興技術(shù)．?dāng)?shù)字水印激發(fā)了國(guó)內(nèi)外眾多知名學(xué)府、研究機(jī)構(gòu)和公司的極大興趣，比如美國(guó)麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、IBM研究所、朗訊貝爾實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)劍橋大學(xué)、日本NEc研究所、NTT信息與通信系統(tǒng)研究中心、SONY公司，PHILIPS公司，美國(guó)版權(quán)工作組等眾多機(jī)構(gòu)，甚至美國(guó)財(cái)政部都投入了相當(dāng)?shù)娜肆拓?cái)力致力于該技術(shù)的研究。 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1993年，[1]等所撰寫(xiě)的“Electronic Water Mark”一文首次使用了“Water Mark ”這一術(shù)語(yǔ)。這樣的信道是有噪聲的，數(shù)字簽名的方法不能抵抗這些噪聲干擾，將導(dǎo)致圖像認(rèn)證失敗。 目前在多媒體信息安全中常用的技術(shù)是數(shù)字簽名，它利用加密技術(shù)，是一種傳統(tǒng)的認(rèn)證及完整性保護(hù)方法。隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所診斷的數(shù)字化影像傳向遠(yuǎn)方將成可能。由于數(shù)字媒體很容易在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中被復(fù)制、處理、傳播和公開(kāi)，如何防止數(shù)字產(chǎn)品被侵權(quán)、盜版和隨意篡改以成為當(dāng)前亟待解決的問(wèn)題。本文DCT數(shù)字水印算法是首先把圖像分成88的不重疊像素塊，在經(jīng)過(guò)分塊DCT變換后，即得到由DCT系數(shù)組成的頻率塊，然后隨機(jī)選取一些頻率塊，將水印信號(hào)嵌入到由密鑰控制選擇的一些DCT系數(shù)中。因此，醫(yī)療影像及數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸過(guò)程中同樣會(huì)遭遇篡改、非法復(fù)制、版權(quán)保護(hù)等信息安全問(wèn)題。保護(hù)醫(yī)學(xué)圖像的完整性和版權(quán)也是現(xiàn)代信息安全技術(shù)一個(gè)需要解決的問(wèn)題。實(shí)驗(yàn)證明，該算法滿足水印系統(tǒng)的要求。傳統(tǒng)方法是通過(guò)加密技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸，但是當(dāng)數(shù)據(jù)被接收并解密．其保護(hù)作用也隨之消失。這標(biāo)志著通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程醫(yī)療診斷的數(shù)字化醫(yī)療時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。數(shù)字簽名可以應(yīng)用于圖像的完整性認(rèn)證，但是該方法存在三個(gè)問(wèn)題：首先是一旦加密文件經(jīng)過(guò)破解后其內(nèi)容就完全透明了；其次是數(shù)字簽名的過(guò)程是二值映射。 如果在存儲(chǔ)和傳輸過(guò)程中保證不被壓縮以及其它處理，雖然能夠認(rèn)證成功，但這顯然會(huì)造成數(shù)據(jù)量過(guò)于巨大，影響存儲(chǔ)器和網(wǎng)絡(luò)帶寬的利用率。這一命名標(biāo)志著數(shù)字水印技術(shù)作為一門(mén)正式研究學(xué)科誕生。1996年5月，在英國(guó)劍橋牛頓研究所召開(kāi)了第一屆信息隱藏技術(shù)國(guó)際研討會(huì)(International Information Hiding Workshop,IIHW)，接著lEEE ICLP(Intgmational Conferenceon Image Processing)、IEEE ICASSP(Intemational Conference On Acoustics,Speech and Signa|Processing)、IEEE Transactions on ImagesProcessing,IEEEComputerGraphics and Its Application等許多國(guó)際重要期刊都發(fā)表了大量的有關(guān)數(shù)字水印技術(shù)的論文。目前國(guó)際上已經(jīng)開(kāi)發(fā)成功的數(shù)字水印軟件還有Digimarc公司PictureMarc，BmehMarc，MareCenler，MareSpider，英國(guó)signum公司suresign產(chǎn)品以及MediaSec公司SysCop系列產(chǎn)品等。1999年12月，中國(guó)信息安全領(lǐng)域召開(kāi)了國(guó)內(nèi)第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(huì)(CIHW)，2000年1月，由國(guó)家“863”智能專家組和中科院自動(dòng)化所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室組織召開(kāi)了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會(huì)，與會(huì)專家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)，報(bào)告了各自的研究成果。到目前為止，數(shù)字水印從研究對(duì)象上看主要涉及圖像水印、視頻水印、音頻水印、文本水印和三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)水印等幾個(gè)方面，其中大部分的水印研究和論文都集中在圖像研究上，其原因在于圖像是最基本的多媒體數(shù)據(jù)，且互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展為圖像水印的應(yīng)用提供了直接大量的應(yīng)用需求。在不同算法中，水印容量分析相當(dāng)重要，因?yàn)檫@是應(yīng)用中首先需要明確的問(wèn)題，目前結(jié)合信息論、通信理論。其中典型的水印算法是將信息嵌入到隨機(jī)選擇的圖像點(diǎn)中最不重要的比特位(LSB，least significant bits)上，這可保證嵌入的水印是不可見(jiàn)的。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分塊，然后對(duì)每一個(gè)圖像塊進(jìn)行嵌入操作。當(dāng)然這些統(tǒng)計(jì)特征的來(lái)源必須受到密鑰的控制以保證安全性。由于許多脆弱性水印系統(tǒng)要求能夠抵抗有損壓縮，這在變換域中更容易實(shí)現(xiàn)。這類算法是通過(guò)改變圖像離散DFT變換系數(shù)中的某些系數(shù)的幅值或者通過(guò)修改DFT變換的相位值來(lái)實(shí)現(xiàn)水印的嵌入。在離散余弦變換（DCT）水印算法中，數(shù)字載體首先進(jìn)行DCT變換，該變換的對(duì)象可以是整個(gè)載體(如整幅圖像)，也可以是載體的各個(gè)部分(比如對(duì)圖像進(jìn)行分塊，塊的大小一般為88或者1616)。基于此，為了同時(shí)滿足水印的魯棒性和不可見(jiàn)性，主張將水印信息嵌入到載體的中頻系數(shù)中。 本論文的研究?jī)?nèi)容和組織結(jié)構(gòu)本課題就是針對(duì)當(dāng)前水印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)用于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印算法，并討論嵌入算法的性能。第3章 ，研究和分析了離散余弦變換算法在醫(yī)學(xué)圖像水印技術(shù)的應(yīng)用并實(shí)現(xiàn)水印的盲提取算法，并對(duì)算法進(jìn)行了一系列的性能評(píng)估。水印的數(shù)據(jù)形式有多種，常見(jiàn)的是一維和二維，也可以是更高的維數(shù)，而具體的維數(shù)要由載體對(duì)象來(lái)確定，比如音頻可以嵌入一維的水印，靜止圖像可以嵌入二維的水印，而動(dòng)態(tài)圖像可以嵌入的水印可以是三維的。但粗略說(shuō)來(lái)，數(shù)字水印的基本流程主要由水印的嵌入、提取和檢測(cè)三部分組成[9]。對(duì)魯棒的或易損的不可見(jiàn)性水印來(lái)說(shuō)，這是最基本的要求。數(shù)字水印的魯棒性可以體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:首先，數(shù)字水印應(yīng)該具有抵抗一般信號(hào)處理（如壓縮、剪切、濾波與平滑等）的魯棒性；第二，數(shù)字產(chǎn)品中嵌入的水印可以抵抗幾何變換攻擊，目前很多算法都是基于小波變換或離散余弦變換提出的，這些算法的不足就是抵抗幾何攻擊的能力非常弱；第三，數(shù)字水印能夠抵抗刪除、篡改等惡意攻擊，事實(shí)上攻擊者比較容易得到含水印的數(shù)據(jù)，但在不破壞原始數(shù)據(jù)的前提下完全刪除水印信息或偽造新的含水印的數(shù)據(jù)是非常困難的。解釋攻擊就是對(duì)數(shù)字水印的確定性攻擊的一個(gè)例子。對(duì)于一個(gè)水印算法而言，必須可以提供足夠的水印容量，才可以滿足較多的需求?？梢?jiàn)水印則是因?yàn)榍度氲乃?qiáng)度足夠大，能夠通過(guò)肉眼直接觀察出來(lái)的水印。半脆弱水印是對(duì)某些特定的處理操作有魯棒性，但對(duì)其他的處理卻不具備魯棒性，主要應(yīng)用于內(nèi)容認(rèn)證等應(yīng)用中。一般來(lái)說(shuō)，非盲水印的魯棒性，到存儲(chǔ)成本的限制，而盲水印技術(shù)更有實(shí)用性，尤其是面對(duì)大數(shù)據(jù)量的數(shù)字視頻信息，盲水印技術(shù)的實(shí)現(xiàn)更具有商業(yè)價(jià)值。⑤ 按水印的載體劃分作為數(shù)字水印載體的數(shù)字產(chǎn)品可以是任何一種多媒體類型，根據(jù)水印所附載的媒體的類型，可以把水印分為靜止圖像水印、視頻水印、音頻水印、軟件水印、文檔水印等。 水印生成的一般模型 水印的嵌入和提取過(guò)程 數(shù)字水印的攻擊方法數(shù)字水印技術(shù)作為數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和認(rèn)證的重要手段，必然會(huì)受到各種形式的攻擊，對(duì)數(shù)字水印系統(tǒng)的攻擊主要可分為以下幾類：（1）穩(wěn)健性攻擊 這類攻擊以減少或去除數(shù)字水印的存在為目的?；竟粢子趯?shí)現(xiàn)．有大量的圖像處理工具可供攻擊者使用。最為典型的兩種表示攻擊是幾何變形攻擊和馬賽克攻擊。抵御解釋攻擊可以采用時(shí)間戳、不可逆水印等方法。主觀評(píng)價(jià)的方法是召集一批實(shí)驗(yàn)觀察者，讓觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評(píng)價(jià)尺度或者自己的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)測(cè)試圖像按視覺(jué)效果提出質(zhì)量判斷，并給出質(zhì)量分?jǐn)?shù)，按所有觀察者給出的分?jǐn)?shù)進(jìn)行加權(quán)平均，所得的結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評(píng)價(jià)。其中最常用的評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的指標(biāo)是信噪比和峰值信噪比，公式中和 分別表示原始圖像和測(cè)試圖像的像素。 醫(yī)學(xué)圖像的特點(diǎn)如果水印技術(shù)應(yīng)用在醫(yī)學(xué)圖像上，提取水印信息后不能獲得原始圖像，這在法律上是會(huì)產(chǎn)生糾紛的。盡管從一般意義上不難看出，圖像的有損壓縮可以大量節(jié)省圖像的存儲(chǔ)空間，且解壓后的圖像與原始圖像從視覺(jué)上看不出有什么差別，但是由于目前還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量圖