【正文】 平均亮度，對直流系數(shù)的改變?nèi)菀滓饓K效應(yīng)，對圖像的主觀質(zhì)量產(chǎn)生明顯影響；但 DC 系數(shù)振幅較大，較 AC 系數(shù)具有更大的感覺容量。其中，能量主要集中于低頻系數(shù)中，中 頻系數(shù)中聚集著圖像的一小部分能量，而高頻系數(shù)則聚集著更少的能量。圖像的酉變換可以被理解為分解圖像數(shù)據(jù)為廣義的二維頻譜，變換域中每一分量對應(yīng)于原圖頻譜函數(shù)的能量。在水印信息提取時，則選取相同的 DCT 系數(shù)，并根據(jù)系數(shù)之間的關(guān)系抽取比特信息。此外，變換域更容易對圖像被篡改的特征進(jìn)行描繪，因 此更多的算法采用在變換域中實現(xiàn)。 （ 2）如何增加醫(yī)學(xué)圖像的魯棒性，使得隱藏的水印不僅對常規(guī)攻擊有較強的魯棒性，而且對幾何攻擊也有較強的魯棒性。 （ 4） 醫(yī)學(xué)圖像檢索 基于數(shù)字水印的圖像檢索實際上是變形的文本檢索系統(tǒng)。在原始圖像中嵌入?yún)⒖妓?，通過提取、認(rèn)證圖像中的水印信息，確保醫(yī)學(xué)圖像的完整性認(rèn)證得以實現(xiàn)。 （ 1） 認(rèn)證水印 認(rèn)證水印的主 要功能是用來進(jìn)行真實性認(rèn)證，確保圖像來源可靠。醫(yī)學(xué)圖像通 信系統(tǒng)是其中重要的組成部分。這種失真對于用于診斷用的醫(yī)學(xué)圖像是不可接受的。因此，水印技術(shù)要應(yīng)用在醫(yī)學(xué)圖像上，必須先解決由于嵌入水印引起的失真問題。( 2, , ?? ? 信噪比 ))39。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 11 數(shù)字水印系統(tǒng)的性能評估 傳統(tǒng)的圖像質(zhì)量的評價方法一般可以分為兩種：主觀評價和客觀評價。 （ 2） 表示攻擊 表示攻擊對圖像內(nèi)容進(jìn)行修改，使水印的相關(guān)檢測失效或使得水印檢測者不能對水印信號進(jìn)行提取及恢復(fù)，這類攻擊的特點是水印盡管還存在于原始數(shù)據(jù)中，但水印檢測過程已不能將其恢復(fù)或檢測到其存在。水印的嵌入和提取一般過程則如圖 所示，其中虛線框內(nèi)“原始載體數(shù)據(jù)”體現(xiàn)了盲檢測和非盲檢測的區(qū)別。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。不可見水印是最為常用的水印技術(shù)，它是通過利用人類視覺系統(tǒng)（ HVS）的特點，將水印隱藏在數(shù)據(jù)中，使得人們無法通過肉眼分辨出來。 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。從水印是否可感知的角度來分，可以分為可見水印和不可見水印兩類，不同應(yīng)用場合對水印可見性的要求也不一樣，需要根據(jù)具體情況作出選擇。其中的秘密信息就是水印信息，它可以是有實際意義的信息，如用戶序列、版權(quán)標(biāo)記等信息，但需要通過適當(dāng)變換才可以嵌入到數(shù)字產(chǎn)品中，它也可以是無實際意義的二值序列，可以直接作為待嵌入水印信息。較之 DCT 變換，小波變換具有更好的能量集中特性，其良好的時一頻分解特性更符合人類視覺系統(tǒng)的特點，因此被新一代的壓縮標(biāo)準(zhǔn)如 MPEG4 及． JPEG2020 所采用。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”；另外一種算法實現(xiàn)了水印的平移、旋轉(zhuǎn)和尺度拉伸不變性。 （ 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。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)， Patchwork 方法對 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。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。其中比較有代表性的有中國科學(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。作為一門數(shù)字時代的新興技術(shù)．?dāng)?shù)字水印激發(fā)了國內(nèi)外眾多知名學(xué)府、研究機構(gòu)和公司的極大興趣，比如美國麻省理工學(xué)院、普林斯頓大學(xué)、 IBM 研究所、朗訊貝爾實驗室、英國劍橋大學(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，美國版權(quán)工作組等眾多機構(gòu)，甚至美國財政部都投入 了相當(dāng)?shù)娜肆拓斄χ铝τ谠摷夹g(shù)的研究。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。隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，通過網(wǎng)絡(luò)將所診斷的數(shù)字化影像傳向遠(yuǎn)方將成可能。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)過分塊 DCT 變換后，即得到由 DCT 系數(shù)組成的頻率塊，然后隨機選取一些頻率塊，將水印信號嵌入到由密鑰控制選擇的一些 DCT 系數(shù)中。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)一個需要解決的問題。傳統(tǒng)方法是通過加密技術(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。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問題：首先是一旦加密文件經(jīng)過破解后其內(nèi)容就完全透明了；其次是數(shù)字簽名的過程是二值映射。這一命名標(biāo)志著數(shù)字水印技術(shù)作為一門正式研究學(xué)科誕生。目前國際上已經(jīng)開發(fā)成功的數(shù)字水印軟件還有 Digimarc 公司 PictureMarc， BmehMarc，MareCenler， MareSpider，英國 signum 公司 suresign 產(chǎn)品以及 MediaSec 公司 SysCop系列產(chǎn)品等。 到目前為止，數(shù)字水印從研究對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。其中典型的水印算法是將信息嵌入到隨機選擇的圖像點中最不重要的比特位 (LSB， least significant bits)上，山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 4 這可保證嵌入的水印是不可見的。當(dāng)然這些統(tǒng)計特征的來源必須受到密鑰的控制以保證安全性。這類算法是通過改變圖像離散 DFT 變換系數(shù)中的某些系數(shù)的幅值或者通過修改 DFT 變換的相位值來實現(xiàn)水印的嵌入。基于此，為了同時滿足水印的魯棒性和不可見性，主張將水印信息嵌入到載體的中頻系數(shù)中。 第三章 ， 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)用并實現(xiàn)水印的盲提取算法，并對算法進(jìn)行了一系列的性能評估。但粗略說來，數(shù)字水印的基本流程主要由水印的嵌入、提取和檢測三部分組成 [9]。 數(shù)字水印的魯棒性可以體現(xiàn)在以下幾個方面 :首先，數(shù)字水印應(yīng)該具有抵抗一般信號處理（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。對于一個水印算法而言，必須可以提供足夠的水印容量，才可以滿足較多的需求。半脆弱水印是對某些特定的處理操作有魯棒性，但對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。 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?；竟粢子趯崿F(xiàn)．有大量的圖像處理工具可供攻擊者使用。抵御解釋攻擊可以采用時間戳、不可逆水印等方法。其中最常用的評價圖像質(zhì)量的指標(biāo)是信噪比和峰值信噪比，公式中 nmI, 和 39。利用數(shù)字水印的不可 見山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 12 性和魯棒性，將病人的個人信息當(dāng)作水印信息來處理，將其隱藏在二維或者三維醫(yī)學(xué)圖像中，這樣就可以保證其在互聯(lián)網(wǎng)上傳輸時，個人的隱私不被泄露。這與普通的數(shù)碼相機獲取的數(shù)字圖像所需的代價形成迥然的對比。就當(dāng)前而言， DICOM是醫(yī)學(xué)圖像及其相關(guān)信息在計算機間傳輸?shù)膰H統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。 DICOM 標(biāo)準(zhǔn)的制定，為 PACS 的發(fā)展提供了強有力的支持。 （ 3） 索引水印 索引水印的引入可實現(xiàn)基于數(shù)字水印的圖像檢索。 （ 2） 認(rèn)證和追蹤 醫(yī)學(xué)圖像通常要經(jīng)過各科醫(yī) 生不同的處理和附言，這些內(nèi)容與病人的一些其他的檢車數(shù)據(jù)，通常都記錄在附著在圖像的文檔里。利用易碎水印，能夠?qū)Υ鄹倪M(jìn)行定位。雖然有較大的信息嵌入量，但因其基本原理限制，算法的魯棒性差，水印信息很容易被濾波、圖像量化、幾何變換的操作破壞。該數(shù)字水印算法對有損壓縮和低通濾波是穩(wěn)健的。通常，數(shù)字 圖像用像素方陣表示，即M=N，在這種情況下，二維離散余弦的正反變換可簡化為： NyNxyxfvcucNFNyNx 2)12(co s2 )12(co s),()()(2),( 1010??? ?? ???????? () 反變換為： N vyN uxvuFvcucNyxfNuNv 2)12(c o s2 )12(c o s),()()(2),( 1010??? ? ??????? () 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 18 其中： 11,0。實際使用時通常折中取方塊大小為 88，本章節(jié)中采用的就是 88 的 DCT 變換。 經(jīng)過上面的分析可知，在 DCT 變換域嵌入水印信息時，嵌入位置要考慮以下因素： （ 1）低頻系數(shù)集中了圖像信號的大部分能量，對圖像較為重要，因此在該位置嵌入水印具有足夠的魯棒性。具體方法如下 ，圖 是水印嵌入的框圖： 設(shè) I 是 MN 大小的原始圖像， J 是水印圖像大小為 PQ， M 和 N 分別是 P 和 Q的偶數(shù)倍 ，把水印 J 加載到圖像 I 中，算法分以下幾步進(jìn)行： （ 1） 將 I 分解為 (M/8)(N/8)個 88 大小的方塊 B；同時， J 也分解為 (M/8)(N/8)個 (8P/M)(8Q/N)大小的方塊 V； （ 2） 對每一個 B 進(jìn)行 DFT 變換： DB=DFT(B)； 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 20 （ 3） 加載水印對每一個 DB 和 V， s(i)為從 DB 的中頻選出的加載的位置 ， 1 ≤ i ≤ (8P/M) (8Q/N)， t(i)為水印 V的位置坐標(biāo)， 1 ≤ i ≤ (8P/M)(8Q/N)， DB’(s)=AV，其中 A 是加權(quán)系數(shù)，用 DB’(s)來代替 DB，得到加載水印后的圖像 DBC。 功能：產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn) 正態(tài)分布 的 隨機數(shù) 或 矩陣 的函數(shù)。 (4) 噪聲攻擊： noise0=4*randn(size(Wimage2))。 (6) 剪切攻擊 Wimage2(48:96,48:96)=256。本人曾將嵌入強度設(shè)為 20，但會有明顯的分塊效應(yīng)．經(jīng)過實驗嵌入強度 10是該算法滿足不可見要求的最高強度。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 27 4總 結(jié) 水 印技術(shù)被提出后，得到了世界范圍內(nèi)的廣泛關(guān)注，成為很多學(xué)者和技術(shù)研發(fā)人員研究的重點。 （ 2） 詳細(xì)介紹了數(shù)字水印的概念、基本特性、一般模型和主要分類，同時也介紹了數(shù)字水印的主要攻擊方法和對數(shù)字水印的性能評估，概括分析了目前幾種常見的數(shù)字水印算法。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 29 謝 辭 在論文結(jié)束之際，首先我要向我的指導(dǎo) 老師張君捧老師表示深深的感謝。 最后感謝我的父母和所有關(guān)心我的人，感謝他們一直以來陪伴在我身邊并默默地支持我。在選定課題時，張老師就已經(jīng)給了我長遠(yuǎn)的指導(dǎo)，教我看哪些書，查哪些資料，以及做課題時需要的思維方式。 （ 4） 全面介紹了離散余弦變換理論，總結(jié)了離散余弦變換的特征及其在圖像水印中的應(yīng)用，分析了離散余弦變換的優(yōu)點。醫(yī)學(xué)圖像作為數(shù)字圖像的一種，有著一般性，但也有其特殊性，如何利用和改善現(xiàn)有的數(shù)字水印技術(shù)實現(xiàn)對醫(yī)學(xué)圖像的保護(hù)，是目前數(shù)字水印算法研究的一個新方向。因為算法在提取水印時．采用的是計算相關(guān)運算而提取得，加入噪聲后，噪聲會影響相關(guān)運算的結(jié)果。 水印的檢測 嵌入水印的圖像效果圖 仍然采用常用的衡量標(biāo)準(zhǔn)圖像峰值信噪比和圖像信噪比，本文中用了圖像峰值信噪比的標(biāo)準(zhǔn)定義和水印相似度參照公式可參見表 ，以下實驗數(shù)據(jù)是在嵌入強度 10，經(jīng)過試驗該強度是滿足不可見前提的最大強度，該嵌入強度下的 PSNR=，效果圖可以參見圖 ，其中圖（ a）是原始水印圖像，圖（ b）是原始載體圖像，圖（ c）是嵌入水印后的圖像。 此程序是對載體圖像加入白噪聲，白噪聲是數(shù)字水印攻擊的一種方式，在噪聲攻擊的程序中， 均值取 0，方差為噪聲強度。為了實現(xiàn)水印的盲提取，本山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 22 文中使用了隨機序列，將隨機序列嵌入到 DCT 變換之中。 改 變 水 印 的 嵌入 深 度改 變 水 印信 息 形 式8 8 分 塊 處 理8 8 分 塊 處 理水 印 圖 像 J原 始 圖 像 I選 擇 加 載位 置D C T 變 換