【正文】 水 印 的 嵌 入I D C T 變 換含 水 印 的圖 像 圖 DCT 變換的水印嵌入框圖 離散余弦變換的水印提取 設圖像 D 為已經加載了水印的載體圖像，現(xiàn)要將所加載的水印從 D 中提取出來 ,其過程為上述加載水印算法的逆運算 ，圖 是水印提取的框圖： （ 1） 將 D 分解為 (M/8)(N/8)個 88 大小的方塊 BD； （ 2） 對每一個 BD 進行二維 DFT 變換 ： DBD=DCT(BD)； （ 3） 提取數據對每一個 DBD，按照式 V’=1/ADBD得到 V’； （ 4） 將上面得到的所有 V’合并成一個水印整圖 。而且低頻系數通常具有較大的值，信息嵌入后對圖像的影響小，有利于保證水印的不可見性。而 AC 分量又由 3山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 19 部分組成，即低頻部分、中頻部分、高頻部分。酉變化是線性變化的一種特殊形式，其基本線性運算式是嚴格可逆的，并且滿足一定的正交條件。該算法是通過對選定的 DCT 系數進行微小變換以滿足特定的關系，以此來表示一個比特的信息。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現(xiàn)。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 15 醫(yī)學水印所要研究的主要問題 總結國內外對醫(yī)學水印的研究現(xiàn)狀，可以看出數字醫(yī)學水印技術的研究尚處于初級階段，其中還有很多問題尚待研究，這些問題主要包括 : （ 1） 如何增加隱藏信息的容量，這樣可 以把較多的病人個人信息和醫(yī)生的診斷信息隱藏在醫(yī)學圖像中。 （ 3） 病患信息的隱蔽性 將隱私信息和診療信息嵌入到圖像當中，不但節(jié)省了帶寬，隱蔽信息也不容易被截獲而泄露，加強了傳輸過程的安全性和隱蔽性，而且實現(xiàn)了患者信息，診療信息與圖像的永久性綁定，能保持診斷數據的一致性。 （ 4） 參考水印 參考水印指的是用于進行完整性認 證的水印。 數字水印在醫(yī)學中的分類 為了加強醫(yī)療信息的機密性保護，實現(xiàn)醫(yī)學圖像的有效管理、真實性認證以及醫(yī)學圖像檢索，按在醫(yī)學圖像中實現(xiàn)的不同功能，可將水印分為以下幾類。目前在許多國家尤其是國外一些發(fā)達國家，遠程醫(yī)療技術已廣泛用于心臟、腦外、放射、精神病 、眼科、等多種醫(yī)學專科的診斷治療和疑難重病的專家會診。 數字水印技術是把水印信息（如認證信息或其他任意信息）直接嵌入在圖像（或其他信號）中，在水印信號嵌入過程中，不可避免的會引起原始圖像的失真。 醫(yī)學圖像的特點 如果水印技術應用在醫(yī)學圖像上，提取水印信息后不能獲得原始圖像，這在法律上是會產生糾紛的。 表 基于誤差的失真度量方法 均方差 MNIIM S E nmnm nm /)39。前面介紹了對數字水印的四類攻擊，但它們之間的界限有時是很模糊的，對有些攻擊方法并不能明確地將其歸于哪一類。 穩(wěn) 健性攻擊中常見的另一種攻擊稱為合謀攻擊，這種攻擊方法利用同一數字產品的幾個帶有不同水印信號的版本，采用統(tǒng)計平均等方法生成一個近似的集合，以此來逼近和恢復原始數據，從而產生出一個檢測不出水印信號的數字產品。但在水印嵌入之前，為了提高系統(tǒng)的魯棒性、保密性和自適應性，一般會對原始水印先進行預處理，即通過 適當的變換后才作為待嵌入水印信號，其一般模型如圖 所示。 ③ 按水印的檢測劃分 按水印的檢測過程可以將數字水印劃分為非盲水印、半盲水印和盲水印。 （ 3）數字水印的分類 數字水印的分類可以從不同的角度進行，比較常見的有以下幾種： 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 8 ① 按水印的感知特性劃分 對視頻或靜態(tài)圖像而言，感知性也就是可見性，水印的可見性決定它是可見水印還是不可見水印。比如 當希望產生脆弱水印時，甚至都不要求魯棒性的。 ① 不可感知性 不可感知性也可稱作透明性，是衡量信號在被處理前后的相似性。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 6 2醫(yī)學圖像數字水印技術概論 數字水印的概述 （ 1）數字水印的定義 數字水印技術就是指將秘密信息嵌入進作為載體對象 的多媒體作品中，其中的載體圖像可以是圖像、音頻等不同形式，嵌入水印可以為數字產品提供版權歸屬信息或產品是否真實的證明，數字水印的嵌入不會影響原產品的使用價值，且不易為人的感知系統(tǒng)（視覺、聽覺等）所察覺。利用小波變換的多分辨特性，嵌入的水印在不同分辨層上具有不同的魯棒性和視覺特性。 [7]提出了兩種 DFT 域的水印算法。 Wong[5,6]等人提出了一種基于分塊的脆弱水印認證算法，算法的主要思想 是把圖像分割為各個獨立的小塊，然后分別在各小塊上嵌入各自的水印，該類分塊獨立算法的缺點是不能抵抗偽造真實圖像的量化攻擊，其原因在于各個分塊是獨立的。另外一個常用方法是利用像素的統(tǒng)計特征將信息嵌入像素的亮度值中， Patchwork 算法就是隨機選擇 N 對像素點 (a， b)后將每個 a 點的亮度值加 I，每個 b 點的亮度值減 1，這樣整個圖像 的平均亮度保持不變。 90 年代中期，采用通信理論模型，將原始圖像和有意無意的攻擊看作噪聲，特別是將擴頻通信理論引入后，水印的魯棒性大大提高，隨后提出結合感知模型、白適應的魯棒水印算法，在此基礎上，提出了更精確的信息隱藏水印模型。國內許多高等學府和科研院所都開始了這項技術的研究，如中國科學院，清華大學，北京大學，國防科技大學，北京電子技術應用研究所等單位，對數字水印的研究提出了許多獨到的見解，在理論上也取得了不少 可喜的成果。 Van Schyndelp[2]在 1994 年國際圖像處理會議 (ICIP’94)上發(fā)表的題為“ A digital watermark”一文，是第一篇在重要國際會議上發(fā)表的關于數字水印的文章，具有里程碑的歷史意義。對于普通的消息，由于網絡的低層采用糾錯編碼的方法處理數據，信道可被 看成是無噪聲的，數字簽名的方法是非常有效的：但是對于圖像數據而言，由于其本身含有很多冗余信息，只要不影響到圖像的內容或視覺效果，在傳輸和存儲過程中，進行格式轉換或者經過一些無害的處理操作，如壓縮、濾波、去噪、對比度增強等，是可以接受的。傳統(tǒng)的醫(yī)學圖像保存、分發(fā) 介質已由膠片轉變?yōu)閿底謭D像光盤、磁盤。 本文結合現(xiàn)有的經典水印算法，從離散余弦變換（ DCT）這種常用的數學變換入手進行了研究。本文主要對醫(yī)學圖像的版權保護方面進行了研究。 迅猛發(fā)展的數字化技術也正在廣泛的滲透到醫(yī)學圖像領域中，采用 X 光斷層掃描技術 (CT)和磁共振成像技術 (MRI)進行診斷己成為現(xiàn)代醫(yī)學診斷不可或缺的有效輔助手段。只能給出認證是否通過的結果，不能指出具體的篡改位置和程度，更不能完成對己篡改圖像的恢復；另外數字簽名的密文在傳輸中不允許任何改動，因 為密文即使是相差 1 比特也會使解密后的數據面目全非，所以使用數字簽名的前提是信道沒有噪聲。后來二詞合二為一就成為“ Watermark”。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 3 數字水印技術在國內的研究起步稍晚，但這一領域同樣也引起了許多科研人員的濃厚興趣。 數字水印的基礎研究主 要集中在魯棒水印算法、水印容量等方面。但是由于使用了圖像不重要的比特位，算法的魯棒性差，水印信息很容易被濾波、圖像量化、幾何變形等操作破壞。在空域嵌入算法中，常用的統(tǒng)計量包括平均值標準偏差和直方圖等 。為了同時滿足水印的不可見性和魯棒性，在圖像中 DFT 系數的幅值上嵌入水印的算法通常情況下都是選擇中頻系數來嵌入水印。 類似的水印技術還被引入到離散小波變換 (DWT)域中。 第四章 ，對整篇論文所做的工作進行了總結。 （ 2）數字水印的基本特性 數字水印有很多特性，但不同的應用對數字水印的要求是不完全一樣的，一般認為數字水印應該具 有下面的特性。 對于數字水印魯棒性要求的強弱程度是因需求而異的，在很多情況下，數字水印只需要對于可能存在的處理操作保持有穩(wěn)健性就可以了。 其中，不可感知性、魯棒性和容量三者是互相制約的，到目前為止，沒有哪種算法能夠使三者都達到最優(yōu)，現(xiàn)在的水印嵌入算法都是根據具體問題的需要在這三者中進行折中。穩(wěn)健水印對常見的各種處理操作都具備魯棒性，相比前兩種水印而言，它的應用更廣泛，主要應用于版權保護等應用中。 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 9 數字水印系統(tǒng)的基本模型 一個完整的數字水印系統(tǒng)主要由兩部分組成，一部分是水印的嵌入，另一部分是水印的提取。另一種穩(wěn)健性攻擊是在加有水印的數據中簡單地加入另一個水印，利用第二個水印覆蓋的方法來消除第一個水印，這種操作幾乎不會使原始數據降低品質。 （ 4） 合法性攻擊 合法性攻擊是指攻擊者利用法律條款中的一些漏洞以達到其攻擊目的。,nmI 分別表示原始圖像和測試圖像的像素。這是醫(yī)學圖像數字水印的基本應用和初始的想法。由此不難看出，無論從法律上還是從經濟 成本上考慮，任何可能對醫(yī)學圖像造成損失的操作都是不可取的。 遠程醫(yī)療是通過信息處理和通信技術提供異地間的信息儲存和處理手段以及傳送山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 13 聲音、圖像、數據、圖片等醫(yī)療活動。 （ 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)學圖像信息管理的重要組成部分，它對醫(yī)學圖像的采集、顯示、儲存、交換和輸出進行數字化處理、數字化存檔管理和傳輸，實現(xiàn)了醫(yī)學圖像在醫(yī)院內外的告訴傳遞和分發(fā)，使醫(yī)生或患者隨時隨地都能獲取需要的醫(yī)學圖像，有助于實現(xiàn)醫(yī)療數據共享，促進醫(yī)院信息化和現(xiàn)代化發(fā)展。索引信息包括從診療報告中提山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 14 取的關鍵字和圖像特征信息。如果能把這些數據嵌入到圖像本身，就能確保在同時處理圖像和歷史記錄過程中不會發(fā)生差錯。例如，當發(fā)生醫(yī)療糾紛時，圖像數據是否被篡改，可以由嵌入在圖像中用于完整性認證的水印信號來證明。 隨著傅里葉變換（ DFT）、離散余弦變換（ DCT）、小波變換（ DWT）等被廣泛應用于圖像的有損壓縮中，許多魯棒性水印的算法采用了變換域算法，從而極大地提高了魯棒性。另一種 DCT 數字水印算法是首先把圖像分成 88 的不重疊像素塊，在經過分塊 DCT 變換后，即得到由 DCT 系數組成的頻率塊，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 系數中。11,0 ?????????? NvNu ????? 1 2/1)()( vcuc 1,1,0, 0o r 0 ???? ?? Nvu vu 　 離散余弦變換是圖像處理技術中幾種最基本的酉變換之一。 圖像經二維 DCT 變換后 ，其系數可以分為一個 DC 分量和一系列的 AC 分量，其中， DC 分量表示平均亮度， AC 分量集中了原圖像塊的主要能量。由于人眼對低頻信號非常敏感．在低頻加入過大的水印信息就不能保證水印的不可見性的要求，但只要選擇信息量較小，對低頻系數改變不大的水印信號即可。 （ 4）對以上得到的每一個 DBC 進行逆 DCT 變換： IDBC=IDCT(DBC)并將各方塊IDBC 合并為一個整圖 I’，即加載了水印的新圖像。 由于圖像大小是 512 512，水印圖像是 64 64，故每 8 個變換系數隱藏一位水印信息。 Wimage2=double(Wimage2)+noise0。 括號中的數字是剪切載體圖像的具體像素位置。在魯棒性測試實驗中得到的實驗數據中可以看出，該算法對于常見的噪聲攻擊算法具有一 定的魯棒性，但是抗噪聲能力較抗低通濾波能力較差。因為其較高的實用價值，正逐漸被應用到各個不同的領域中去。 （ 3） 此次論文是面向醫(yī)學圖像的 ，因此全面介紹了醫(yī)學圖像的特殊性，概括了醫(yī)學圖像的特點，醫(yī)學圖像水印的分類及其特點，使讀者能對醫(yī)學圖像水印有一個初步的了解，更好的理解本課題。張老師在學習和生活中都很仔細的教導我。感謝他們對我的無限關愛和鼓勵，謹以此文獻給他們！ 祝愿母校山東建筑大學明天更輝煌！ 山東建筑大學畢業(yè)設計說明書 30 參考文獻 [1] ,et al .Electronic watermark[J]. Digital image puting Technology and Applications,Macquarie University, 1: 666673, 1993. [2] Van Schyndel , Tirkel ,Osborne , “A digital watermark”[A]. IEEE Interrmtional Conference on Image Processing, 1994, , pp: 86—90. 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