【正文】 辭 ................................................................................................................................... 29 參考文獻 ............................................................................................................................ 30 附 錄 ................................................................................................................................... 32 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 III 摘 要 隨著數(shù)字化技術的發(fā)展，傳統(tǒng)的醫(yī)學圖像保存、分發(fā)介質已由 膠片轉變?yōu)閿?shù)字圖像光盤、磁盤。 關鍵詞 ： 數(shù)字水?。浑x散余弦變換；峰值信噪比；歸一化系數(shù) 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 IV The Design on Digital Watermarking Algorithm of Medical Image ABSTRACT With the development of digital technology, traditional medicine images are saved, the distribution medium of film into digital images by CD, , medical imaging, and data transmission in the work will also encounter tampering, illegal copying, copyright protection and other information security protect the integrity of medical images and copyrights is a modern information security technologies need to be resolved. This paper focuses on copyright protection of medical images were studied. In this paper, bined with the existing classical watermarking algorithm, the discrete cosine transform (DCT) was studied by mathematical transformation of the monly used. DCT digital watermark algorithm is first the image is divided into 8 8 non overlaping pixels block, after block DCT transform, the frequency of DCT coefficient blocks, and then randomly selected some frequency block, to embed the watermark signal is controlled by the key choice of many of the DCT show that the algorithm satisfies the requirements of watermarking systems. Digital watermarking attack methods and evaluation criteria of digital watermarking paper also discussed in detail, in order to better evaluate the characteristics of watermarking algorithm. Keywords： Digital watermarking； discrete cosine transform； PSNR； NC 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 1 1前 言 景和意義 數(shù)字化信息時代，網(wǎng)絡技術與數(shù)字多媒體技術的發(fā)展給人們帶了極大的便利，但同時也帶來了一系列的安全問題。然而，醫(yī)療影像及數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡傳輸過程中同樣會遭遇篡改、非法復制、版權保護等信息安全問題，因此保護醫(yī)學圖像的完整性和版權也是現(xiàn)代信息安全技術一個需要解決的問題。 數(shù)字 水印技術為解決這種信息安全提供了一種有效的手段，將標志性的數(shù)字信息嵌入到醫(yī)學圖像中，其特有的魯棒性和安全性保證了在經(jīng)歷信息交流過程中的數(shù)據(jù)處理后，仍能完整可靠地提取水印標志，從而起到鑒別內(nèi)容真?zhèn)?，保護病人個人信息等作用。在美國，以麻省理工學院媒體實驗室為代表的一批研究機構和企業(yè)已經(jīng)申請了數(shù)字水印方面的專利，如 DICE的專利技術。國家 863 計劃，國家自然科學基金等都對數(shù)字水印的研究有項目資金支持 ，充分反映了國家對該技術領域的重視。 水印的算法的研究主要分為空域算法和變換域算法兩種，下面主要介紹針對圖像數(shù)據(jù)域的一些 算法。這類方法的主要思想是通過修改原始載體數(shù)據(jù)使得原始載體的某些統(tǒng)計特征發(fā)生變化，檢測時只需查看水印載體的統(tǒng)計特征即可。 傅里葉變換是一種經(jīng)典而有效的數(shù)學工具， DFT 域的算法有利于實現(xiàn)水印的仿射不變性。載體的低頻信息反映了載體的主要輪廓，不應有較大的失真，水印的嵌入將影響其不可見性。介紹了數(shù)字水印技術的背景以及國內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，給出了本文研究的主要內(nèi)容和組織結構。水印的嵌入在數(shù)字信號處理中可以看作是信號的疊加操作，相對而言，水印信息是弱信號，載體信息是強信號。只要不使人的視覺、聽覺等器官感受發(fā)生變化，就是不可感知的；另一個是指統(tǒng)計上的 不可感知，即：對于使用相同方法嵌入的不同作品而言，即使采用統(tǒng)計方法對其進行處理，也找不到可以判定作品中是否含水印的山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 7 共性。對于有目的的攻擊，要具有抵抗力，使非授權用戶無法檢測和破壞水印。 ② 按水印的穩(wěn)健性劃分 不同水印在抵抗攻擊時表現(xiàn)出的穩(wěn)健性是不同的，因此水印可 以分為脆弱水印、半脆弱水印及穩(wěn)健水印。在數(shù)字水印技術發(fā)展的進程中，出現(xiàn)較早的水印算法多是空間域的，是通過修改空間域中采樣點的幅度值來嵌入水印信息的，比如：最低有效位（ LSB）方法、拼湊（ Patchwork）方法等。這種攻擊對加有水印的數(shù)據(jù)進行整體操作而并不是將水印區(qū)分和隔離出來。 （ 3） 解釋攻擊 解釋攻擊中攻擊者設計出一種情況以阻止對所有權的斷言。但由于操作要求過于復雜，且存在不確定性，如受人的心情、疲勞程度的影響等，在實際應用中受到嚴重限制，甚至根本不適合于某些應用場合。(1 歸一化系數(shù) ??? nm nmnmnm nm IIINC , ,2, , /39。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)省圖像的存儲空間，且解壓后的圖像與原始圖像從視覺上看不出有什么差別，但是由于目前還沒有一個統(tǒng)一的標準來衡量圖像質量的損失對于醫(yī)生判別圖像的影響，一旦出現(xiàn)誤診，很容易引起法律糾紛。所以只要在加入水印的時候不改變病灶區(qū)的內(nèi)容，將傳統(tǒng)有損數(shù)字水印技術應用于醫(yī)學圖像就成為可能 。該摘要分為去標識符和恢復標識符兩部分。每一份診療報告都是來之不易的，特別是有的診療報告是專家會診的成果。數(shù)字水印技術非常適合于對圖像進行完整性認證。為了達到比較好的檢索效率，設計這類數(shù)字水印時，要考慮到水印提取的速度。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 16 3醫(yī)學圖像數(shù)字水印算法設計與實現(xiàn) 設計算法的選擇 空間域算法主要是通過直接改變數(shù)字圖像的灰度值來加入數(shù)字水印，大多采用替換法，用秘密信息位替換載體圖像中的數(shù)據(jù) 位，主要有 LSB方法等。 最早的基于分塊 DCT的一種數(shù)字水印技術方案是由一個密鑰隨機地選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍稍改變一個三元組以隱藏二進制序列信息。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 17 下面介紹一下 DCT 變換公式，在數(shù)字圖像處理中使用的是二維離散余弦變換，對一幅 M N 的圖像，其二維 DCT 變換為： NyMxyxfvcucFNyMx 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(),( 1010??? ?? ???????? () 其反變換為： N vyM uxvuFvcucyxfMuNv 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(),( 1010??? ? ??????? () 其中： 1,...,1,0 ?? M? 。N 的圖像矩陣則該圖像的二維 DCT 變換可由下式表示： FDCT=NNNMMM BIANM ????2 () 其中： ??????????，其他時)12(2c o s0,21,imMmiAm ? 其中 Mim,0 ?? NkknNnBk ???????????? ，其中其他時n0 ),12(2c o s0n,21, ? 方案設計 在實際的圖像壓縮中， DCT 變換的方塊尺寸 (即 MN 的大小 )的選擇與所要求的圖像質量、壓縮比及實現(xiàn)的復雜度有關。當然，基于 DCT 變換域的算法也都有頻域算法的缺點：計算復雜。 本文擬采用對原始圖像進行分塊 DCT 處理的方法，以增強水印系統(tǒng)的魯棒性和不可見性。 原始圖像水印圖像 圖 原始圖像 圖 灰度化圖像 (2) randn( ): k1=randn(1,8)。) 功能： MATLAB 中的 圖像 處理函數(shù)，即 block processing 的意思，對圖像進行分塊處理。 WImage3=imfilter(WImage3,H)。 表 加入不同強度高斯低通濾波后的實驗結果 高斯低通濾波 (窗口 3 3)? 相似度 NC 1 提取的水印 （ 3） 剪切攻擊 表 是經(jīng)過不同位置的剪切后，剪切的載體圖像以及提取的水印圖像。 本章小結 本章對醫(yī)學圖像數(shù)字水印的算法進行了設計，對 8 8 DCT 變換在醫(yī)學圖像盲水印技術中提出了一個應用算法，只需要利用隨機序列就可以實現(xiàn)對水印的提取，而不需要借助原始圖像信息。由于圖像數(shù)字水印在數(shù)字水印方面具有典型的代表性，因此本文重點工作主要是針對圖像數(shù)字水印技術，尋找、探索新的、性能更好的、具有實用價值的水印嵌入算法。 （ 2） 實驗中的水印是本人自己設計的圖像，但在現(xiàn)實的醫(yī)學圖像水印系統(tǒng)中，病人的基本信息、醫(yī)生的診斷結果、治療方案等等會是更好的水印信息，如何用類似文本文山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 28 件的方式將這些醫(yī)學水印信息嵌入到醫(yī)學圖像中，將是我下一步研究醫(yī)學圖像數(shù)字水印的重點。 其次，我要感謝在方面都幫助過我的同學朋友，正是有了你們的幫助，我的畢業(yè)設計才能如整個畢業(yè)設計 期間，在各此順利的進行。在論文的寫作過程中，從論文的寫作措辭、格式以及論文總體框架方面都傾注了您的悉心指導。 但由于時間等的限制，以及本人學術水平有限，在未來工作中仍然存在一些需要改進的地方： （ 1） 實驗中雖然設置了密鑰，但都比較簡單，安全指數(shù)不是很高。本文完成的主要工作如下： （ 1） 閱讀和分析了大量有關數(shù)字水印技術及應用方面的中英文獻資料。在剪貼攻擊實驗山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 26 中，該算法同樣表現(xiàn)出了一定的魯棒性，同時對剪切部分還有一定的定位作用，這是因為在圖像中嵌入的信息是均勻嵌 入的，剪切必然會改變嵌入位置的值，經(jīng)過二維相關運算的結果必然會受到影響，從而達到了一定的定位作用。其中，在噪聲強度分為為 10 時， PSNR 分別為 、 、 、 ， NC 系數(shù)分別為 、 、 、 。gaussian39。 (3) blkproc( ): cda0=blkproc(a0,[8,8],39。本次設計是基于二維 DCT 變換，而 RGB 是三維圖像，因此需要將圖片灰度化才能進行 DCT 變換，這也是此次設計的關鍵。 （ 3）根據(jù)人眼的特 性。在 JPEG 壓縮時，首先拋棄的就是 AC 分量中的高頻成分，因此，所有把水印信號嵌入中低頻部分的算法一般都具有較好的抗 JPEG 壓縮、抗縮放重采樣性。 設