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1、山东建筑大学毕业设计说明书 本科毕业设计说明书 题 目 ：面向医学图像的数字水印 算法设计 院 （部）：信息与电气工程学院 专 业 ：电子信息工程班 级 ：电信111姓 名 ：学 号 ：指导教师：完成日期： 2015年6月10日目 录摘 要IIIABSTRACTIV1前 言1 1.1选题的背景和意义1 1.2 国内外研究现状2 1.3 本论文的研究内容和组织结构52医学图像数字水印技术概论6 2.1 数字水印的概述6 2.2 数字水印系统的基本模型9 2.3 数字水印的攻击方法9 2.4 数字水印系统的性能评估11 2.5 医学数字水印的概念11 2.5.1 医学图像的特点12 2.5.2 数
2、字水印在医学中的分类13 2.5.3 数字水印在医学中的用途14 2.5.4 医学水印所要研究的主要问题15 2.6本章小结153医学图像数字水印算法设计与实现16 3.1 设计算法的选择16 3.2 离散余弦交换(DCT)16 3.3 方案设计18 3.4 离散余弦变换的水印嵌入19 3.5 离散余弦变换的水印提取20 3.6 主要Matlab函数21 3.7 水印的检测22 3.7.1 嵌入水印的图像效果图22 3.7.2 鲁棒性测试实验23 3.7.3 实验结论及分析25 3.8 本章小结264总 结27谢 辞29参考文献30附 录32摘 要 随着数字化技术的发展，传统的医学图像保存、分
3、发介质已由胶片转变为数字图像光盘、磁盘。因此，医疗影像及数据信息在网络传输过程中同样会遭遇篡改、非法复制、版权保护等信息安全问题。保护医学图像的完整性和版权也是现代信息安全技术一个需要解决的问题。本文主要对医学图像的版权保护方面进行了研究。本文结合现有的经典水印算法，从离散余弦变换（DCT）这种常用的数学变换入手进行了研究。本文DCT数字水印算法是首先把图像分成88的不重叠像素块，在经过分块DCT变换后，即得到由DCT系数组成的频率块，然后随机选取一些频率块，将水印信号嵌入到由密钥控制选择的一些DCT系数中。实验证明，该算法满足水印系统的要求。本文对数字水印的攻击方法以及数字水印的评价标准也作
4、了详细的论述，以更好地评价水印算法的特性。关键词：数字水印；离散余弦变换；峰值信噪比；归一化系数The Design on Digital Watermarking Algorithm of Medical ImageABSTRACTWith the development of digital technology, traditional medicine images are saved, the distribution medium of film into digital images by CD, disk.Therefore, medical imaging, and data
5、 transmission in the network will also encounter tampering, illegal copying, copyright protection and other information security issues.To protect the integrity of medical images and copyrights is a modern information security technologies need to be resolved. This paper focuses on copyright protect
6、ion of medical images were studied.In this paper, combined with the existing classical watermarking algorithm, the discrete cosine transform (DCT) was studied by mathematical transformation of the commonly used. DCT digital watermark algorithm is first the image is divided into 8 8 non overlaping pi
7、xels 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 coefficients.Experiments show that the algorithm satisfies the requirements of watermarkin
8、g 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；NCI1前 言1.1选题的背景和意义数字化信息时代，网络技术与数字多媒体技术
9、的发展给人们带了极大的便利，但同时也带来了一系列的安全问题。由于数字媒体很容易在网络传输过程中被复制、处理、传播和公开，如何防止数字产品被侵权、盗版和随意篡改以成为当前亟待解决的问题。传统方法是通过加密技术保护数据传输，但是当数据被接收并解密其保护作用也随之消失。迅猛发展的数字化技术也正在广泛的渗透到医学图像领域中，采用X光断层扫描技术(CT)和磁共振成像技术(MRI)进行诊断己成为现代医学诊断不可或缺的有效辅助手段。传统的医学图像保存、分发介质已由胶片转变为数字图像光盘、磁盘。随着计算机网络技术的发展，通过网络将所诊断的数字化影像传向远方将成可能。这标志着通过网络进行远程医疗诊断的数字化医疗
10、时代已经到来。医学数字影像传输及通信DICOM(Digital Imaging and Communication in Medicine)标准的建立，促进了医疗影像信息的交流。然而，医疗影像及数据信息在网络传输过程中同样会遭遇篡改、非法复制、版权保护等信息安全问题，因此保护医学图像的完整性和版权也是现代信息安全技术一个需要解决的问题。 目前在多媒体信息安全中常用的技术是数字签名，它利用加密技术，是一种传统的认证及完整性保护方法。数字签名可以应用于图像的完整性认证，但是该方法存在三个问题：首先是一旦加密文件经过破解后其内容就完全透明了；其次是数字签名的过程是二值映射。只能给出认证是否通过的结果
11、，不能指出具体的篡改位置和程度，更不能完成对己篡改图像的恢复；另外数字签名的密文在传输中不允许任何改动，因为密文即使是相差1比特也会使解密后的数据面目全非，所以使用数字签名的前提是信道没有噪声。对于普通的消息，由于网络的低层采用纠错编码的方法处理数据，信道可被看成是无噪声的，数字签名的方法是非常有效的：但是对于图像数据而言，由于其本身含有很多冗余信息，只要不影响到图像的内容或视觉效果，在传输和存储过程中，进行格式转换或者经过一些无害的处理操作，如压缩、滤波、去噪、对比度增强等，是可以接受的。这样的信道是有噪声的，数字签名的方法不能抵抗这些噪声干扰，将导致图像认证失败。 如果在存储和传输过程中保
12、证不被压缩以及其它处理，虽然能够认证成功，但这显然会造成数据量过于巨大，影响存储器和网络带宽的利用率。因此，必须寻求一种新的手段来对图像完整性保护和版权保护。数字水印技术为解决这种信息安全提供了一种有效的手段，将标志性的数字信息嵌入到医学图像中，其特有的鲁棒性和安全性保证了在经历信息交流过程中的数据处理后，仍能完整可靠地提取水印标志，从而起到鉴别内容真伪，保护病人个人信息等作用。1.2 国内外研究现状 1993年，澳大利亚的A.Z.Tirkel1等所撰写的“Electronic Water Mark”一文首次使用了“Water Mark ”这一术语。这一命名标志着数字水印技术作为一门正式研究学
13、科诞生。后来二词合二为一就成为“Watermark”。Van Schyndelp2在1994年国际图像处理会议(ICIP94)上发表的题为“A digital watermark”一文，是第一篇在重要国际会议上发表的关于数字水印的文章，具有里程碑的历史意义。作为一门数字时代的新兴技术数字水印激发了国内外众多知名学府、研究机构和公司的极大兴趣，比如美国麻省理工学院、普林斯顿大学、IBM研究所、朗讯贝尔实验室、英国剑桥大学、日本NEc研究所、NTT信息与通信系统研究中心、SONY公司，PHILIPS公司，美国版权工作组等众多机构，甚至美国财政部都投入了相当的人力和财力致力于该技术的研究。1996年
14、5月，在英国剑桥牛顿研究所召开了第一届信息隐藏技术国际研讨会(International Information Hiding Workshop,IIHW)，接着lEEE ICLP(Intgmat-ional Confe-renceon Image Processing)、IEEE ICASSP(Intemational Conference On A-coustics,Spe-ech and Signa|Processing)、IEEE Transactions on ImagesProc-essing,IEEEComputerGra-phics and Its Application等许多
15、国际重要期刊都发表了大量的有关数字水印技术的论文。除了理论研究外，一些机构也积极开发了数字水印产品。在美国，以麻省理工学院媒体实验室为代表的一批研究机构和企业已经申请了数字水印方面的专利，如DICE的专利技术。其中美国Digimarc公司于1995年就推出了具有专利权的水印制作技术，它是世界上第一个商用数字水印软件，并在Photoshop4.0和CorelDraw7.0中得到应用。目前国际上已经开发成功的数字水印软件还有Digimarc公司PictureMarc，BmehMarc，MareCenler，MareSpider，英国signum公司suresign产品以及MediaSec公司SysCop系列产品等。数字水印技术在国内的研究起步稍晚，但这一领域同样也引起了许多科研人员的浓厚兴趣。国内许多高等学府和科研院所都开始了这项技术的研究，如中国科学院，清华大学，北京大学，国防科技大学，北京电子技术应用研究所等单位，对数字水印的研究提出了许多独到的见解，在理论上也取得了不少可喜的成果。其中比较有代表性的有中国科学院研究所的刘瑞祯、谭铁牛
