【正文】 設(shè)計與實現(xiàn) 設(shè)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。（3）如何優(yōu)化嵌入水印的算法。 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。利用易碎水印，能夠?qū)Υ鄹倪M行定位。為了達到比較好的檢索效率，設(shè)計這類數(shù)字水印時，要考慮到水印提取的速度。嵌入到圖像中的水印信息被認為是圖像的第三維特征。（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(dāng)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(shù)據(jù)的一致性。（2） 認證和追蹤醫(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。數(shù)字水印技術(shù)非常適合于對圖像進行完整性認證。 數(shù)字水印在醫(yī)學(xué)中的用途通過歸納總結(jié)文獻資料，關(guān)于數(shù)字水印在醫(yī)學(xué)圖像中的應(yīng)用研究主要集中在一下幾個方面。（4） 參考水印參考水印指的是用于進行完整性認證的水印。（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。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。水印主要包括圖片所屬醫(yī)院、拍攝時間、患者信息以及主治醫(yī)生信息等等。 數(shù)字水印在醫(yī)學(xué)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(xué)圖像的有效管理、真實性認證以及醫(yī)學(xué)圖像檢索，按在醫(yī)學(xué)圖像中實現(xiàn)的不同功能，可將水印分為以下幾類。DICOM標(biāo)準的制定，為PACS的發(fā)展提供了強有力的支持。該摘要分為去標(biāo)識符和恢復(fù)標(biāo)識符兩部分。醫(yī)學(xué)數(shù)字成像和通訊標(biāo)準DICOM中詳細定義了醫(yī)學(xué)影像及其相關(guān)信息的組成格式和交換方法，利用這個協(xié)議，人們可以在影像設(shè)備上建立一個統(tǒng)一的標(biāo)準接口來完成影像數(shù)據(jù)的輸入/輸出工作。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)專科的診斷治療和疑難重病的專家會診。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。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(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)圖像就成為可能。下面介紹幾個在醫(yī)學(xué)水印常見的名詞:（1）病灶區(qū) 病灶區(qū)指的是醫(yī)學(xué)圖像中包含了最重要病理信息的感興趣區(qū)域（ROI）。數(shù)字水印技術(shù)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。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。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(biāo)準來衡量圖像質(zhì)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。醫(yī)學(xué)圖像是醫(yī)生對患者的生理疾病信息獲取及診斷病情的一個重要依據(jù)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，傳統(tǒng)上對于用于診斷的醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的質(zhì)量要求非常嚴格，往往不允許對醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)作任何改動。 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。利用數(shù)字水印的不可見性和魯棒性，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。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，公式中和 分別表示原始圖像和測試圖像的像素。但由于操作要求過于復(fù)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(yīng)用中受到嚴重限制，甚至根本不適合于某些應(yīng)用場合。主觀評價的方法是召集一批實驗觀察者，讓觀察者根據(jù)一些事先規(guī)定的評價尺度或者自己的經(jīng)驗，對測試圖像按視覺效果提出質(zhì)量判斷，并給出質(zhì)量分數(shù)，按所有觀察者給出的分數(shù)進行加權(quán)平均，所得的結(jié)果即為圖像的主觀質(zhì)量評價。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。抵御解釋攻擊可以采用時間戳、不可逆水印等方法。（3）解釋攻擊 解釋攻擊中攻擊者設(shè)計出一種情況以阻止對所有權(quán)的斷言。最為典型的兩種表示攻擊是幾何變形攻擊和馬賽克攻擊。 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(shù)字產(chǎn)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(fù)原始數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生出一個檢測不出水印信號的數(shù)字產(chǎn)品?；竟粢子趯崿F(xiàn)．有大量的圖像處理工具可供攻擊者使用。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。 水印生成的一般模型 水印的嵌入和提取過程 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)保護和認證的重要手段，必然會受到各種形式的攻擊，對數(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。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(dāng)?shù)淖儞Q后才作為待嵌入水印信號。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。在數(shù)字水印技術(shù)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。一般來說，非盲水印的魯棒性，到存儲成本的限制，而盲水印技術(shù)更有實用性，尤其是面對大數(shù)據(jù)量的數(shù)字視頻信息，盲水印技術(shù)的實現(xiàn)更具有商業(yè)價值。③ 按水印的檢測劃分 按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為非盲水印、半盲水印和盲水印。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)容認證等應(yīng)用中。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?？梢娝t是因為嵌入的水印強度足夠大，能夠通過肉眼直接觀察出來的水印。（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：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。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。對于有目的的攻擊，要具有抵抗力，使非授權(quán)用戶無法檢測和破壞水印。解釋攻擊就是對數(shù)字水印的確定性攻擊的一個例子。比如當(dāng)希望產(chǎn)生脆弱水印時，甚至都不要求魯棒性的。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。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共性。對魯棒的或易損的不可見性水印來說，這是最基本的要求。 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。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]。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。水印的數(shù)據(jù)形式有多種，常見的是一維和二維，也可以是更高的維數(shù)，而具體的維數(shù)要由載體對象來確定，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，而動態(tài)圖像可以嵌入的水印可以是三維的。2醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印技術(shù)概論 數(shù)字水印的概述（1）數(shù)字水印的定義數(shù)字水印技術(shù)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(shù)字產(chǎn)品提供版權(quán)歸屬信息或產(chǎn)品是否真實的證明，數(shù)字水印的嵌入不會影響原產(chǎn)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。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)用并實現(xiàn)水印的盲提取算法，并對算法進行了一系列的性能評估。介紹了數(shù)字水印技術(shù)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(jié)構(gòu)。 本論文的研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)本課題就是針對當(dāng)前水印技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，設(shè)計用于醫(yī)學(xué)圖像數(shù)字水印算法，并討論嵌入算法的性能。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。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。載體的低頻信息反映了載體的主要輪廓，不應(yīng)有較大的失真，水印的嵌入將影響其不可見性。在離散余弦變換（DCT）水印算法中，數(shù)字載體首先進行DCT變換，該變換的對象可以是整個載體(如整幅圖像)，也可以是載體的各個部分(比如對圖像進行分塊，塊的大小一般為88或者1616)。[7]提出了兩種DFT域的水印算法。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。傅里葉變換是一種經(jīng)典而有效的數(shù)學(xué)工具，DFT域的算法有利于實現(xiàn)水印的仿射不變性。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現(xiàn)。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。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。為了嵌入更多的水印信息，可以將圖像分塊，然后對每一個圖像塊進行嵌入操作。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。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，這可保證嵌入的水印是不可見的。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。在不同算法中，水印容量分析相當(dāng)重要，因為這是應(yīng)用中首先需要明確的問題，目前結(jié)合信息論、通信理論。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。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。國家863計劃，國家自然科學(xué)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(shù)領(lǐng)域的重視。1999年12月，中國信息安全領(lǐng)域召開了國內(nèi)第一屆信息隱藏學(xué)術(shù)研討會(CIHW)，2000年1月，由國家“863”智能專家組和中科院自動化所模式識別國家重點實驗室組織召開了數(shù)字水印學(xué)術(shù)研討會，與會專家學(xué)者和研究人員深入討論了數(shù)字水印的關(guān)鍵技術(shù)，報告了各自的研究成果。國內(nèi)許多高等學(xué)府和科研院所都開始了這項技術(shù)的研究，如中國科學(xué)院，清華大學(xué)，北京大學(xué)，國防科技大學(xué)，北京電子技術(shù)應(yīng)用研究所等單位，對數(shù)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。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。在美國，以麻省理工學(xué)院媒體實驗室為代表的一批研究機構(gòu)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(shù)。1996年5月，在英國劍橋牛頓研究所召開了第一屆信息隱藏技術(shù)國際研討會(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。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。這一命名標(biāo)志著