【正文】 張老師在學(xué)習(xí)和生活中都很仔細的教導(dǎo)我。因為其較高的實用價值，正逐漸被應(yīng)用到各個不同的領(lǐng)域中去。 括號中的數(shù)字是剪切載體圖像的具體像素位置。 由于圖像大小是 512 512，水印圖像是 64 64，故每 8 個變換系數(shù)隱藏一位水印信息。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(shù)改變不大的水印信號即可。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(shù)中幾種最基本的酉變換之一。 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(yīng)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。如果能把這些數(shù)據(jù)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。 （ 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，它對醫(yī)學(xué)圖像的采集、顯示、儲存、交換和輸出進行數(shù)字化處理、數(shù)字化存檔管理和傳輸，實現(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)生或患者隨時隨地都能獲取需要的醫(yī)學(xué)圖像，有助于實現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)共享，促進醫(yī)院信息化和現(xiàn)代化發(fā)展。由此不難看出，無論從法律上還是從經(jīng)濟 成本上考慮，任何可能對醫(yī)學(xué)圖像造成損失的操作都是不可取的。,nmI 分別表示原始圖像和測試圖像的像素。另一種穩(wěn)健性攻擊是在加有水印的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)降低品質(zhì)。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(yīng)用更廣泛，主要應(yīng)用于版權(quán)保護等應(yīng)用中。 對于數(shù)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(shù)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。 第四章 ，對整篇論文所做的工作進行了總結(jié)。為了同時滿足水印的不可見性和魯棒性，在圖像中 DFT 系數(shù)的幅值上嵌入水印的算法通常情況下都是選擇中頻系數(shù)來嵌入水印。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。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 3 數(shù)字水印技術(shù)在國內(nèi)的研究起步稍晚，但這一領(lǐng)域同樣也引起了許多科研人員的濃厚興趣。只能給出認證是否通過的結(jié)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(fù)；另外數(shù)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(shù)據(jù)面目全非，所以使用數(shù)字簽名的前提是信道沒有噪聲。本文主要對醫(yī)學(xué)圖像的版權(quán)保護方面進行了研究。傳統(tǒng)的醫(yī)學(xué)圖像保存、分發(fā) 介質(zhì)已由膠片轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字圖像光盤、磁盤。 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(guān)于數(shù)字水印的文章，具有里程碑的歷史意義。 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(jié)合感知模型、白適應(yīng)的魯棒水印算法，在此基礎(chǔ)上，提出了更精確的信息隱藏水印模型。 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。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。 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。 （ 3）數(shù)字水印的分類 數(shù)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(xué)畢業(yè)設(shè)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。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(yīng)性，一般會對原始水印先進行預(yù)處理，即通過 適當?shù)淖儞Q后才作為待嵌入水印信號，其一般模型如圖 所示。前面介紹了對數(shù)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。 醫(yī)學(xué)圖像的特點 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，這在法律上是會產(chǎn)生糾紛的。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(shù)已廣泛用于心臟、腦外、放射、精神病 、眼科、等多種醫(yī)學(xué)?？频脑\斷治療和疑難重病的專家會診。 （ 4） 參考水印 參考水印指的是用于進行完整性認 證的水印。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 15 醫(yī)學(xué)水印所要研究的主要問題 總結(jié)國內(nèi)外對醫(yī)學(xué)水印的研究現(xiàn)狀，可以看出數(shù)字醫(yī)學(xué)水印技術(shù)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(xué)圖像中。該算法是通過對選定的 DCT 系數(shù)進行微小變換以滿足特定的關(guān)系，以此來表示一個比特的信息。而 AC 分量又由 3山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 19 部分組成，即低頻部分、中頻部分、高頻部分。 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(shè)圖像 D 為已經(jīng)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(shù)據(jù)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 。 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。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。 （ 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。 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。 （ 2） 詳細介紹了數(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。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。 (4) 噪聲攻擊： noise0=4*randn(size(Wimage2))。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， 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。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。該數(shù)字水印算法對有損壓縮和低通濾波是穩(wěn)健的。利用易碎水印，能夠?qū)Υ鄹倪M行定位。 （ 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。就當前而言， 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)一標準。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。抵御解釋攻擊可以采用時間戳、不可逆水印等方法。 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。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。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]?；诖耍瑸榱送瑫r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。當然這些統(tǒng)計特征的來源必須受到密鑰的控制以保證安全性。 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。這一命名標志著數(shù)字水印技術(shù)作為一門正式研究學(xué)科誕生。傳統(tǒng)方法是通過加密技術(shù)保護數(shù)據(jù)傳輸，但是當數(shù)據(jù)被接收并解密．其保護作用也隨之消失。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。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)致圖像認證失敗。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。適當?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。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。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)標記等信息，但需要通過適當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。 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。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行只需要密鑰，既不需要原始 數(shù)據(jù)，也不需要原始水印。 （ 2） 表示攻擊 表示攻擊對圖像內(nèi)容進行修改，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。( 2, , ?? ? 信噪比 ))39。這種失真對于用于診斷用的醫(yī)學(xué)圖像是不可接受的。 （ 1） 認證水印 認證水印的主 要功能是用來進行真實性認證，確保圖像來源可靠。 （ 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)。此外，變換域更容易對圖像被篡改的特征進行描繪，因 此更多的算法采用在變換域中實現(xiàn)。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。 （ 2) 直流系數(shù)代表了塊的平均亮度，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。水印信息的 0 和 l 將分別由兩個不同的 8 位隨機序列 kl， k2 來代替。 山東建筑大學(xué)畢業(yè)設(shè)計說明書 23 (a) (b) (c) 圖 (a) 水印圖像 (b) 原始圖像 (c) 嵌入水印的圖像 魯棒性測試實驗 （ 1） 白噪聲攻擊 表 是在不同的白噪聲強度下，得出的不同數(shù)值的圖像信噪比 PSNR、歸一化系數(shù) NC 以及提取的水印圖像，白噪聲的均值取 0，方差為噪聲強度。 本文的圖像數(shù)字水印以醫(yī)學(xué)圖像為載體，水印為二值圖像，有實際的應(yīng)用價值。當我在課題研究上遇到困難時，張老師總是不厭其煩的給我講解種種的問題，并一直鼓勵我，幫助我拓寬思路和研究內(nèi)容。 （ 3） 本文研究離散余弦變換雖然有運算速度快，精度高等優(yōu)點，但對一些抗攻擊能力