畢業(yè)論文-區(qū)域醫(yī)療信息共享數(shù)字水印策略設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、區(qū)域醫(yī)療信息共享數(shù)字水印策略設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)隨著社會公眾對醫(yī)療保健要求的提高和國家醫(yī)療制度改革的深化，信息技術(shù)在醫(yī)療 一衛(wèi)生領(lǐng)域的運(yùn)用越來越廣泛，構(gòu)建社會公眾醫(yī)療信息共享系統(tǒng)，共享網(wǎng)絡(luò)信息資源已成 為解決看病難、看病貴的重要措施。但是在的網(wǎng)絡(luò)的傳輸儲存過程屮，資源共享的保密 性不夠，導(dǎo)致病人信息泄露等問題。為了共享信息的安全，出現(xiàn)了數(shù)字水印技術(shù)。在區(qū) 域醫(yī)療信息共享領(lǐng)域屮，數(shù)字水印技術(shù)主要用變換域算法對共享信息進(jìn)行處理、加密等 操作。這種技術(shù)對現(xiàn)行的共享網(wǎng)絡(luò)信息資源的安全性有很大提高。本文提出了一種基于一種基于dct變換的數(shù)字圖像水印算法。該水印算法首先對原 始載體圖像進(jìn)行分塊，再分別對各了塊進(jìn)行d

2、ct變換而獲得各了塊的dct變換系數(shù);然后 各子塊的dct變換系數(shù)進(jìn)行量化，來計(jì)算量化步長，以量化步長來選擇水印的嵌入位 置。對水印圖像進(jìn)行置亂并降維，把水印嵌入到每一子塊的選出的直流系數(shù)或低頻交流 系數(shù)中，嵌入算法采用自適應(yīng)量化的方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表：明這種算法具有較好的性能， 實(shí)現(xiàn)的水印的盲提取，而且具有較好的魯棒性。關(guān)鍵詞：dct,變換域，數(shù)字水印，信息共享。regional medical information sharing digitalwa termarking strategy design andimplementationabstractalong with the soci

3、al public to the improvement of medical health care for a national health care system and the deepening of the reform of the, information technology in health care is used widely in the field, the construction of the social public medical information sharing system, sharing network information resou

4、rces has become solve difficulties in getting the important measures and high cost. but in the network of the transmission storage process, the resources sharing of secrecy is not enough, cause the patient information leakage. in order to share information security, the emergence of a digital waterm

5、arking technology. in the regional medical information sharing in the field, digital watermarking algorithm to transform mainly with share information processing, encryption operation. the technology of the existing information resources sharing network security has improved a lot.this paper put for

6、ward based on a dct based on digital image watermarking algorithm of transformation. the watermarking algorithm firstly, the original carrier image region, and of the son respectively block dct transform and obtained the son of dct block transform coefficient; then the sons of block dct quantization

7、 transform coefficient, to calculate quantization step length, to quantify step length to choose the embedding position. for watermark image scrambling and dimensional reduction, the watermark every son of the de coefficient of elected or low frequency exchange coefficient, embedding algorithm is pr

8、oposed using adaptive quantitative method. the experimental results table: ming this algorithm has better performance and the realization of the blind watermark extraction, and has good robustness.keywords: dct, transform domain9 digital watermarking, information sharing.第一章緒論11.1研究背景與意義11.2研究內(nèi)容與冃標(biāo)1

9、1.3本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)2第二章信息共享數(shù)字水印技術(shù)32.1醫(yī)療信息共享安全需求32.2數(shù)字水印基本概念42.2.1數(shù)字水印的概念4222數(shù)字水印的特性4223數(shù)字水印的分類5224典型數(shù)字水印算法6225數(shù)字水印的攻擊82.2.6數(shù)字水印的應(yīng)用領(lǐng)域92.2.7數(shù)字水印技術(shù)的一些局限102.3本章小結(jié)11第三章dct變換算法介紹123. 1dct 概述123.1.1 dct變換公式123.1.2z：維 dct 的性質(zhì)133.1.3二維dct的實(shí)現(xiàn)143.2離散余弦變換水印嵌入算法143.3離散余弦變換水卬提取算法153.4離散余弦變換水印算法原理框圖153.5分塊的離散傅里葉變換173.5.1離散

10、傅里葉變換173.5.2水印嵌入算法173.6數(shù)字圖像的dct變換及其特點(diǎn)173.7本章小結(jié)19第四章dct變化域的設(shè)計(jì)20204.1數(shù)字水印的嵌入4.2數(shù)字水印的捉取204.3數(shù)字水印檢測214.4 dct變換域圖像的水印生成代碼214.5數(shù)字水印嵌入算法234.6數(shù)字水卬的提取264.7本章小結(jié)272828第五章系統(tǒng)測試結(jié)5.1 口噪聲攻擊測試5.2jpeg壓縮攻擊測試295.3高斯低通濾波攻擊測試30結(jié)語31參考文獻(xiàn)32致謝33第一章緒論11研究背景與意義隨著信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和普及，給醫(yī)療信息資料傳輸帶來了極大的便利， 數(shù)字化醫(yī)療信息系統(tǒng)越來越普及。伴隨著信息的迅速發(fā)展，出現(xiàn)了區(qū)

11、域醫(yī)療信息共享平 臺，極大的方便了大家就醫(yī)。區(qū)域醫(yī)療信息共享實(shí)質(zhì)上是一個區(qū)域協(xié)同醫(yī)療公共服務(wù)平 臺。通過這個平臺，醫(yī)療機(jī)構(gòu)不僅可以為社會公眾提供便捷、高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)，有效 的減輕患者醫(yī)療負(fù)擔(dān)，而11能夠提高卩生行政主管部門對醫(yī)療機(jī)構(gòu)的監(jiān)管能力。但是曲 于這是一個信息資源共享的服務(wù)平臺，所有的資源都集中起來，對于資源的安全性有很 高的要求。信息安全還存在許多漏洞，加密方法的局限性口益暴露。加密在醫(yī)療信息保 護(hù)的整個生命周期中是非常重要的，但加密只能保證通信傳輸信道的安全，數(shù)據(jù)一旦被 解密，醫(yī)療信息將得不到任何形式的保護(hù)；當(dāng)密碼被破解后，所保護(hù)的信息將被完整獲 得，無法確認(rèn)其來源，無法確認(rèn)完整性

12、；即使密碼未被破解，依然存在無法檢驗(yàn)的合法 用戶的篡改。醫(yī)療信息安全工作任重而道遠(yuǎn)。由此產(chǎn)生出區(qū)域醫(yī)療信息系統(tǒng)數(shù)字水印技術(shù)，數(shù)字水印技術(shù)是將一些標(biāo)識信息-直接 嵌入數(shù)字載體當(dāng)屮（包括多媒體、文檔、軟件等）或是間接表示（修改特定區(qū)域的結(jié)構(gòu)），且 不影響原載體的使用價值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生產(chǎn)方識別和辨認(rèn)。 通過這些隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者 判斷載體是否被篡改等目的。數(shù)字水印技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域運(yùn)用很廣，在醫(yī)療信息共享平臺 中，數(shù)字水印技術(shù)保護(hù)數(shù)據(jù)傳輸存儲過程中不被竊取、篡改、泄漏等。區(qū)域信息共享數(shù) 字水印技術(shù)通過各種算法加密保護(hù)信息平臺的信息

13、安全，為了保證醫(yī)院數(shù)據(jù)的真實(shí)有效 及病患的信息安全，采用數(shù)字水印技術(shù)。為區(qū)域醫(yī)療信息共享資源提供了安全支撐，促 進(jìn)和保障區(qū)域醫(yī)療信息共享的健康快速發(fā)展。保證了各個系統(tǒng)的信息快速交換安全可 靠。在信息共享中對各個系統(tǒng)進(jìn)行處理、加密已保證資源的安全。也保護(hù)了病患的信 息，減少了醫(yī)患糾紛，醫(yī)院也能更快更及時的拿到病患的資料信息，減少病患就診周 期，減輕患者負(fù)擔(dān)，方便患者就診。也大幅度的提高醫(yī)護(hù)人員的工作效率。數(shù)字水印（digital watermarking）作為一種新型的信息安全技術(shù)，為解決基于加密的信 息系統(tǒng)的安全性問題提供了新思路、新途徑。近年來，隨著技術(shù)信息交流的加快和數(shù)字 水印技術(shù)的迅速發(fā)

14、展，科研工作者開始將數(shù)字水印技術(shù)應(yīng)用于醫(yī)學(xué)各個領(lǐng)域。因此，采 用數(shù)字水卬技術(shù)對醫(yī)療信息共享進(jìn)行加密具有廣泛的應(yīng)用前景，對它的研究具有重要的 學(xué)術(shù)價值，它一方面將促進(jìn)多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)、信號處理技術(shù)等多門新 興技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)一步繁榮；同吋，它將促進(jìn)隱蔽通信技術(shù)、信息安全 技術(shù)的提高。1.2研究內(nèi)容與目標(biāo)本文主要對與區(qū)域醫(yī)療信息共享數(shù)字水印技術(shù)進(jìn)行了一些有意義的探索，用變換域 數(shù)字水卬方法對共享信息進(jìn)行保護(hù)。本文主要工作包括：1詳細(xì)介紹了數(shù)字水印技術(shù)的基本原理，包括數(shù)字水印的基本特征、分類、通用模 型、應(yīng)用領(lǐng)域以及常見的攻擊。2研究了離散余弦變換dct的基木理論，詳細(xì)的介

15、紹了數(shù)字圖像dct的變換及其特 點(diǎn)o'3.提出了基于數(shù)字水印的共享信息保護(hù)模型。設(shè)計(jì)了實(shí)現(xiàn)一個簡單的數(shù)字水印原型模 型無損數(shù)字水印算法。一種基于離散余弦變換(dct)的實(shí)現(xiàn)算法。并分析該算法在正 常情況下和受到攻擊時的性能，結(jié)果表明該算法有很好的魯棒性。1.3本文的內(nèi)容結(jié)構(gòu)論文共分為五章，組織結(jié)構(gòu)如下：第一章緒論，簡單介紹數(shù)字水印的定義以及數(shù)字水印在區(qū)域醫(yī)療信息共享的應(yīng)用。 第二章介紹國內(nèi)外各種數(shù)字水印方法在醫(yī)療信息共享平臺的應(yīng)用及優(yōu)缺點(diǎn)。第三章概要設(shè)計(jì)，根據(jù)需求分析，提岀自己的方案，基于變換域的無損數(shù)字水印算 法綜述第四章詳細(xì)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一個較簡單的實(shí)現(xiàn)一個較簡單的醫(yī)學(xué)信息數(shù)字水印算法

16、 dct變換。第五章結(jié)論，對系統(tǒng)的性能進(jìn)行檢測，分別從水印信息的安全性和算法特點(diǎn)進(jìn)行分 析。最后總結(jié)了本文的主要工作，指出本文主要貢獻(xiàn)和不足，以及進(jìn)一步研究方 向。木文的論文結(jié)構(gòu)圖如圖11所示：圖1-1論文結(jié)構(gòu)圖第二章信息共享數(shù)字水卬技術(shù)2.1醫(yī)療信息共享安全需求隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的發(fā)展，信息媒體的數(shù)字化為信息的存取捉供了極大的便 利性，同時也顯著提高了信息表達(dá)的效率和準(zhǔn)確性；數(shù)據(jù)的交換和傳輸變成了一個相對 簡單的過程，人們借助于計(jì)算機(jī)、數(shù)字掃描儀、打印機(jī)等電子設(shè)備可以方便、迅速地將 數(shù)字信息傳輸?shù)饺魏蔚胤健，F(xiàn)階段醫(yī)療衛(wèi)生建設(shè)的重點(diǎn)逐漸轉(zhuǎn)向信息化和數(shù)字化，國內(nèi)越來越多的醫(yī)院正加速 實(shí)施基于

17、信息化平臺和醫(yī)療信息系統(tǒng)的業(yè)務(wù)體系建設(shè)，以提高醫(yī)院的服務(wù)水平與核心競 爭力。信息技術(shù)的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，以及醫(yī)學(xué)的進(jìn)步，促進(jìn)了數(shù)字醫(yī)療信息的交 流，為數(shù)字醫(yī)療和遠(yuǎn)程醫(yī)療的發(fā)展提供了可能。然而，醫(yī)療數(shù)據(jù)信息在網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)倪^程 屮同樣會遭遇篡改、非法復(fù)制、版權(quán)保護(hù)和病患隱私泄漏等信息安全問題。隨著國家醫(yī) 療事故處理?xiàng)l例的頒布，在處理醫(yī)療糾紛的過程中，諸如病丿力資料是否被涂改或偽造等 問題會越來越受關(guān)注，其中就涉及到醫(yī)學(xué)數(shù)據(jù)的真實(shí)性認(rèn)證和完整性認(rèn)證。增強(qiáng)醫(yī)療保 健信息系統(tǒng)的安全性已成為亟待解決的問題?，F(xiàn)冇的醫(yī)學(xué)信息系統(tǒng)的安全性主要基于傳統(tǒng)密碼學(xué)的加密及認(rèn)證。醫(yī)療系統(tǒng)每天都 產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，利用加密

18、來確保信息的安全，其計(jì)算開銷非常大。另外，加密只能保 證傳輸信道的安全，數(shù)據(jù)一旦被解密，就不再提供任何的保護(hù)機(jī)制。基于傳統(tǒng)的密碼學(xué) 的完整性認(rèn)證，通常是將數(shù)據(jù)的消息認(rèn)證碼或數(shù)字簽名放在文件頭中，當(dāng)文件進(jìn)行格式 轉(zhuǎn)化時，文件頭中的認(rèn)證信息會丟失。密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)領(lǐng)域的主要傳統(tǒng)技術(shù)之一，它是基于香農(nóng)信息論及密碼學(xué) 理論的技術(shù)，現(xiàn)有的數(shù)字內(nèi)容的保護(hù)多采用加密的方法來完成，即首先將多媒體數(shù)據(jù)文 件加密成密文后發(fā)布，使得其在傳遞過程中出現(xiàn)的非法攻擊者無法從密文獲取機(jī)要信 息，從而達(dá)到版權(quán)保護(hù)和信息安全的目的。但這并不能完全解決問題：一方面加密后的 文件因其不可理解性而妨礙多媒體信息的傳播；另一方面

19、多媒體信息經(jīng)過加密后容易引 起攻擊者的好奇和注意，并有被破解的可能性，而且當(dāng)信息被接收并進(jìn)行解密后，所有 加密的文檔就與普通文檔一樣，將不再受到保護(hù)，無法幸免于盜版。換言z,密碼學(xué)只 能保護(hù)傳輸中的內(nèi)容，而內(nèi)容一旦解密就不再有保護(hù)作用了。信息隱藏及數(shù)字水卬技術(shù)是近兒年來國際學(xué)術(shù)界興起的一個前沿研究領(lǐng)域。它與信 息安全、信息隱藏、數(shù)據(jù)加密等均有密切的關(guān)系。特別是在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用迅速發(fā)展的 今天，水印技術(shù)的研究更具現(xiàn)實(shí)意義。今后水印技術(shù)的研究仍將著重于頑健性、真?zhèn)舞b 別、版權(quán)證明、網(wǎng)絡(luò)快速自動驗(yàn)證以及聲頻和視頻水印等方面，并將與數(shù)據(jù)加密技術(shù)緊 密結(jié)合，特別是頑健性和可證明性的研究。數(shù)字水卬的安全技

20、術(shù)研究數(shù)字化的醫(yī)學(xué)信息常常需要檢測其內(nèi)容是否被處理、篡改 或偽造過，以確保醫(yī)療信息的真實(shí)性和完整性，有效的避免醫(yī)務(wù)糾紛，保證良好的醫(yī)患 關(guān)系。信息保護(hù)的應(yīng)用體現(xiàn)在病人隱私信息的保護(hù)上，利用數(shù)字水印技術(shù)，可以將加密 后的病人信息根據(jù)特定的算法嵌入到保存起來，防止病人信息被非法獲得，且安全性 高。2.2數(shù)字水印基本概念數(shù)字水印技術(shù)是目前信息安全技術(shù)領(lǐng)域的一個新方向，是一種可以在開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 下保護(hù)版權(quán)和認(rèn)證來源及完整性的新型技術(shù)，創(chuàng)作者的創(chuàng)作信息和個人標(biāo)志通過數(shù)字水 印系統(tǒng)以人所不可感知的水印形式嵌入在多媒體中，人們無法從表面上感知水印，只有 專用的檢測器或計(jì)算機(jī)軟件才可以檢測岀隱藏的數(shù)字水印。2

21、.2.1數(shù)字水印的概念數(shù)字水印(digital watermarking)技術(shù)是將一些標(biāo)識信息(即數(shù)字水印)直接嵌入數(shù)字 載體當(dāng)中(包括多媒體、文檔、軟件等)或是間接表示(修改特定區(qū)域的結(jié)構(gòu))，且不影響原 載體的使用價值，也不容易被探知和再次修改。但可以被生產(chǎn)方識別和辨認(rèn)。通過這些 隱藏在載體中的信息，可以達(dá)到確認(rèn)內(nèi)容創(chuàng)建者、購買者、傳送隱秘信息或者判斷載體 是否被篡改等目的。數(shù)字水印是信息隱藏技術(shù)的一個重要研究方向。數(shù)字水印是實(shí)現(xiàn)版 權(quán)保護(hù)的有效辦法，是信息隱藏技術(shù)研究領(lǐng)域的重要分支。2.2.2數(shù)字水印的特性數(shù)字水印系統(tǒng)必須滿足一些特定的條件才能使其在數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和完整性鑒定 方面成為值

22、得信賴的應(yīng)用體系。一個安全可靠的水印系統(tǒng)一般應(yīng)滿足如下要求：(1) 隱蔽性也稱不可感知性，即對于不可見水卬處理系統(tǒng)，水卬嵌入算法不應(yīng)產(chǎn)生可感知的數(shù) 據(jù)修改，也就是水印在通常的視覺條件下應(yīng)該是不可見的，水印的存在不會影響作品的 視覺效果。(2) 魯棒性水印必須很難去掉(希望不可能去掉)，當(dāng)然在理論上任何水印都可以去掉，只要對水 卬的嵌入過程有足夠的了解，但是如杲對水卬的嵌入只是部分了解的話，任何破壞或消 除水印的企圖都應(yīng)導(dǎo)致載體嚴(yán)重的降質(zhì)而不可用。(3) 抗竄改性與抗毀壞的魯棒性不同，抗竄改性是指水印一旦嵌入到載體屮，攻擊者就很難改變 或偽造。魯棒性要求高的應(yīng)用，通常也需要很強(qiáng)的抗竄改性。在版權(quán)

23、保護(hù)屮，要達(dá)到好 的抗竄改性是比較困難的。(4) 水卬容量嵌入的水卬信息必須足以表示多媒體內(nèi)容的創(chuàng)建者或所有者的標(biāo)志信息，或是購買 者的序列號。這樣在發(fā)生版權(quán)糾紛時，創(chuàng)建者或所有者的信息用丁標(biāo)示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有 者，而序列號用于標(biāo)示違反協(xié)議而為盜版提供多媒體數(shù)據(jù)的用戶。(5) 安全性應(yīng)確保嵌入信息的保密性和較低的誤檢測率。水卬可以是任何形式的數(shù)據(jù)，比如數(shù) 值、文本、圖像等。所有的水印都包含一個水印嵌入系統(tǒng)和水印恢復(fù)系統(tǒng)。(6) 低錯誤率即使在不受攻擊或者無信號失真的情況下，也要求不能檢測到水?。z、false negative）以及不存在水印的情況下，檢測到水?。ㄌ摍z、falsepositiv

24、e）的概率必須非常 小。223數(shù)字水卬的分類（1）按特性劃分按水卬的特性可以將數(shù)字水卬分為魯棒數(shù)字水卬和易損數(shù)字水卬兩類。魯棒數(shù)字水 印主要用丁在數(shù)字作品中標(biāo)識著作權(quán)信息，利用這種水印技術(shù)在多媒體內(nèi)容的數(shù)據(jù)中嵌 入創(chuàng)建者、所有者的標(biāo)示信息，或者嵌入購買者的標(biāo)示（即序列號）。在發(fā)生版權(quán)糾紛 時，創(chuàng)建者或所有者的信息用于標(biāo)示數(shù)據(jù)的版權(quán)所有者，而序列號用于追蹤違反協(xié)議而 為盜版捉供多媒體數(shù)據(jù)的用戶。用于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水卬要求有很強(qiáng)的魯棒性和安全 性，除了要求在一般圖像處理（如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等）中生存外，還需能 抵抗一些惡意攻擊。易損水?。╢ragile watermarking）,與魯棒

25、水印的要求相反,易損數(shù)字水印主要 用于完整性保護(hù)，這種水印同樣是在內(nèi)容數(shù)據(jù)中恢入不可見的信息。當(dāng)內(nèi)容發(fā)生改變 時，這些水印信息會發(fā)生相應(yīng)的改變，從而可以鑒定原始數(shù)據(jù)是否被篡改。易損水印應(yīng) 對一般圖像處理（如：濾波、加噪聲、替換、壓縮等）有較強(qiáng)的免疫能力（魯棒性）， 同時乂要求有較強(qiáng)的敏感性，b|j：既允許一定程度的失真，乂要能將失真情況探測出 來。必須對信號的改動很敏感，人們根據(jù)易損水印的狀態(tài)就可以判斷數(shù)據(jù)是否被篡改 過。（2）按水印所附載的媒體劃分按水印所附載的媒體，我們可以將數(shù)字水印劃分為圖像水印、咅頻水印、視頻水 卬、文本水卬以及用于三維網(wǎng)格模型的網(wǎng)格水卬等。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，會有更多

26、種 類的數(shù)字媒體岀現(xiàn)，同時也會產(chǎn)生相應(yīng)的水印技術(shù)。（3）按檢測過程劃分按水印的檢測過程可以將數(shù)字水印劃分為明文水印和盲水印。明文水印在檢測過程 中需要原始數(shù)據(jù)，而盲水卬的檢測只需要密鑰，不需要原始數(shù)據(jù)。一般來說，明文水卬 的魯棒性比較強(qiáng)，但其應(yīng)用受到存儲成本的限制。目前學(xué)術(shù)界研究的數(shù)字水印大多數(shù)是 盲水印。（4）按內(nèi)容劃分按數(shù)字水印的內(nèi)容可以將水印劃分為有意義水印和無意義水印。有意義水印是指水 印本身也是某個數(shù)字圖像（如商標(biāo)圖像）或數(shù)字音頻片段的編碼；無意義水印則只對應(yīng) 于一個序列號。有意義水印的優(yōu)勢在于，如果由于受到攻擊或其他原因致使解碼后的水 印破損，人們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^視覺觀察確認(rèn)是否有水印

27、。但對丁無意義水印來說，如杲解 碼后的水印序列有若干碼元錯誤，則只能通過統(tǒng)計(jì)決策來確定信號中是否含有水印。（5）按用途劃分不同的應(yīng)用需求造就了不同的水印技術(shù)。按水印的用途，我們可以將數(shù)字水印劃分 為票證防偽水印、版權(quán)保護(hù)水印、篡改提示水印和隱蔽標(biāo)識水印。票證防偽水印是一類比較特殊的水印，主耍用于打印票據(jù)和電了票據(jù)、各種證件的 防偽。一般來說，偽幣的制造者不可能對票據(jù)圖像進(jìn)行過多的修改，所以，諸如尺度變 換等信號編輯操作是不用考慮的。但另一方而，人們必須考慮票據(jù)破損、圖案模糊等情 形，而且考慮到快速檢測的要求，用于票證防偽的數(shù)字水印算法不能太復(fù)雜。版權(quán)標(biāo)識水印是目前研究最多的一類數(shù)字水印。數(shù)字作

28、品既是商品又是知識作品， 這種雙重性決定了版權(quán)標(biāo)識水印主要強(qiáng)調(diào)隱蔽性和魯棒性，而對數(shù)據(jù)量的要求相對較 小。篡改提示水印是一種脆弱水印，其目的是標(biāo)識原文件信號的完整性和真實(shí)性。隱蔽標(biāo)識水印的目的是將保密數(shù)據(jù)的重要標(biāo)注隱藏起來，限制非法用戶對保密數(shù)據(jù) 的使用。(6)按水卬隱藏的位置劃分按數(shù)字水印的隱藏位置，我們可以將其劃分為時(空)域數(shù)字水印、頻域數(shù)字水 印、時/頻域數(shù)字水印和時間/尺度域數(shù)字水印。時(空)域數(shù)字水印是直接在信號空間 上疊加水印信息，而頻域數(shù)字水印、時/頻域數(shù)字水印和時間/尺度域數(shù)字水印則分別是 在dct變換域、時/頻變換域和小波變換域上隱藏水印。隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，各種水印算

29、法層岀不窮，水印的隱藏位置也不再局限于 上述四種。應(yīng)該說，只要構(gòu)成一種信號變換，就有可能在其變換空間上隱藏水印。224典型數(shù)字水印算法近年來，數(shù)字水印技術(shù)研究取得了很大的進(jìn)步，下面對一些典型的算法進(jìn)行了分 析，除特別指明外，這些算法主要針對圖像數(shù)據(jù)?？沼蛩惴ㄔ擃愃惴ㄥ湫偷乃∷惴ㄊ菍⑿畔⑶度氲诫S機(jī)選擇的圖像點(diǎn)屮最不重要的像素 位(lsb:least significant bits)上，這可保證嵌入的水印是不可見的。但是由于使用了圖像不 重要的像素位，算法的魯棒性差，水印信息很容易為濾波、圖像量化、兒何變形的操作 破壞。另外一個常用方法是利用像素的統(tǒng)計(jì)特征將信息嵌入像素的亮度值中。(2) p

30、atchwork 算法方法是隨機(jī)選擇n對像索點(diǎn)(ai, bi),然后將每個ai點(diǎn)的亮度值加1 ,每個bi 點(diǎn)的亮度值減1,這樣整個圖像的平均亮度保持不變。適當(dāng)?shù)卣{(diào)整參數(shù)，patchwork方法 對jpeg壓縮、fir濾波以及圖像裁剪有一定的抵抗力，但該方法恢入的信息量有限。為了 歐入更多的水印信息，可以將圖像分塊，然后對每一個圖像塊進(jìn)行嵌入操作。(3) 變換域算法該類算法中，大部分水印算法采用了擴(kuò)展頻譜通信(spread spectrum communication)技術(shù)。算法實(shí)現(xiàn)過程為：先計(jì)算圖像的離散余弦變換(dct),然后將水印 疊加到dct域屮幅值最大的前k系數(shù)上(不包括直流分量)，通

31、常為圖像的低頻分量。若 dct系數(shù)的前k個最大分量表示為d=, i=l , . , k,水印是服從高斯分布的隨機(jī)實(shí)數(shù)序 列w=, i=l , . , k,那么水印的嵌入算法為di = di(l + awi),其中常數(shù)a為尺度因子, 控制水卬添加的強(qiáng)度。然后用新的系數(shù)做反變換得到水卬圖像i。解碼函數(shù)則分別計(jì)算原 始圖像i和水印圖像i*的離散余弦變換，并捉取嵌入的水印w*,再做相關(guān)檢驗(yàn)以確定水 卬的存在與否。該方法即使當(dāng)水印圖像經(jīng)過一些通用的兒何變形和信號處理操作而產(chǎn)生 比較明顯的變形后仍然能夠提取出一個可信賴的水印拷貝。一個簡單改進(jìn)是不將水印嵌 入到dct域的低頻分量上，而是嵌入到中頻分量上以調(diào)

32、節(jié)水卬的頑健性與不可見性z間 的矛盾。另外，還可以將數(shù)字圖像的空間域數(shù)據(jù)通過離散傅里葉變換(dft)或離散小波變 換(dwt)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的頻域系數(shù)；其次，根據(jù)待隱藏的信息類型，對其進(jìn)行適當(dāng)編碼或變 形；再次，根據(jù)隱藏信息量的人小和其相應(yīng)的安全冃標(biāo)，選擇某些類型的頻域系數(shù)序列(如高頻或屮頻或低頻);再次，確定某種規(guī)則或算法，用待隱藏的信息的相應(yīng)數(shù)據(jù)去 修改前面選定的頻域系數(shù)序列；最后，將數(shù)字圖像的頻域系數(shù)經(jīng)相應(yīng)的反變換轉(zhuǎn)化為空 間域數(shù)據(jù)。該類算法的隱藏和捉取信息操作復(fù)雜，隱藏信息量不能很大，但抗攻擊能力 強(qiáng)，很適合于數(shù)字作品版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)中?；陔x散余弦變換的數(shù)字水印最早的基于分塊dct

33、水印技術(shù)岀現(xiàn)于e koch, jzhao的文獻(xiàn)。針對靜止圖像和視頻壓 縮標(biāo)準(zhǔn)(jpeg和mpeg),他們的水卬方案中圖像也被分成8x8的塊，由一個密鑰隨機(jī)的 選擇圖像的一些分塊，在頻域的中頻上稍微改變一個三元組以隱藏二進(jìn)序列信息。選擇 在中頻分量編碼是因?yàn)樵诟哳l編碼易于被各種信號處理方法破壞，而在低頻編碼則由于 人的視覺對低頻分量很敏感，對低頻分量的改變易于被察覺。未經(jīng)授權(quán)者由于不知道水 印嵌入的區(qū)域，因此是很難測出水印的，此外，該水印算法對有損壓縮和低通濾波是魯 棒的。將圖像分割成8x8塊，并對每個塊做dct變換，然后隨機(jī)選擇構(gòu)造所冇塊的一個 子集，對子集的每一個塊，選擇一組頻率并嵌入二進(jìn)制

34、水印信息。曲于頻率組的選擇不 是基于最顯著分量，并且頻率系數(shù)的方差較小，因此該方法對噪聲、幾何變形以及多文 檔攻擊比較敏感。cox等人于1995年提出了基于圖像全局變換的水印方法，稱z為擴(kuò)頻法。這也是口 前大部分變換域水印算法中所用到的技術(shù)。它將滿足正態(tài)分布的偽隨機(jī)序列加入到圖像 的dct變換后視覺最重要系數(shù)中，利用了序列擴(kuò)頻技術(shù)(ss)和人類視覺特性(hvs) o 算法原理為先選定視覺重要系數(shù)，再進(jìn)行修改，最常用的嵌入規(guī)則如2其中分別是修改前和修改后的頻域系數(shù)，a是縮放因子，是第i個信息位水印。一般說來，乘法準(zhǔn)則的抗失真性能要優(yōu)于加法準(zhǔn)則。水印的檢測是通過計(jì)算相關(guān)函 數(shù)實(shí)現(xiàn)的。從恢入水印的圖

35、像中提取出是恢入規(guī)則的逆過程，把提取出來的水印與原水 印作相似性運(yùn)算，與制定的閾值比較，可確定是否存在水卬。這是穩(wěn)健性水卬的奠基性 算法。chiou-ting hsu等人提出一種基于分塊dct的水印，他們的水印是可辨識的圖像，而 不是簡單的一個符號或一個隨機(jī)數(shù)。通過有選擇地修改圖像的中頻系數(shù)來嵌入水印。驗(yàn) 證吋，衡量提取出的水印同原水印之間的相似性來判斷是否加入了水印2基于離散小波變換的數(shù)字水印與傳統(tǒng)的dct變換相比，小波變換是一種變分辨率的，將吋域與頻域相聯(lián)合的分析 方法，時間窗的大小隨頻率動進(jìn)行調(diào)整，更加符合人眼視覺特性。小波分析在時、頻 域同時具有良好的局部性，為傳統(tǒng)的時域分析和頻域分析

36、捉供了良好的結(jié)合6?？谇?，小波分析已經(jīng)廣泛應(yīng)用于數(shù)字圖像和視頻的壓縮編碼、計(jì)算機(jī)視覺、紋理特 征識別等領(lǐng)域。由于小波分析在圖像處理上的許多特點(diǎn)可用于信息隱藏的研究，所以這 種分析方法在信息隱藏和數(shù)字水卬領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越受到廣大研究者的重視，目前已 經(jīng)有很多比較典型的基于離散小波變換的數(shù)字水卬算法。除了上述有代表性的變換域算法外，還有一些變換域水印算法，它們中有相當(dāng)一部 分是上述算法的改進(jìn)及發(fā)展。總的來說，與空域的方法相比，變換域的方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：1在變換域中隕入的水卬信號能量可以分布到空域的所有像素上，有利于保證水卬 的不可見性；2在變換域，人類視覺系統(tǒng)(hvs)的某些特性(如頻率掩蔽特性

37、)可以更方便地結(jié)合 到水印編碼過程中，因而其隱蔽性更好；變換域的方法可與國際數(shù)據(jù)壓縮標(biāo)準(zhǔn)兼容，從而易實(shí)現(xiàn)在壓縮域(compressed domain)內(nèi)的水印算法，同時也能抵抗相應(yīng)的有損壓縮。(4) 壓縮域算法基于jpeg、mpeg標(biāo)準(zhǔn)的壓縮域數(shù)字水卬系統(tǒng)不僅節(jié)省了大量的完全解碼和重新編碼 過程，而且在數(shù)字電視廣播vod(video on demand)冇很大的實(shí)用價值。相應(yīng)地，水 印檢測與提取也可直接在壓縮域數(shù)據(jù)屮進(jìn)行。下面介紹一種針對mpeg-2壓縮視頻數(shù)據(jù)流 的數(shù)字水印方案。雖然mpeg2數(shù)據(jù)流語法允許把用戶數(shù)據(jù)加到數(shù)據(jù)流中，但是這種方案 并不適合數(shù)字水印技術(shù)，因?yàn)橛脩魯?shù)據(jù)可以簡單地從數(shù)

38、據(jù)流中去掉，同時，在mpeg-2編 碼視頻數(shù)據(jù)流中增加用戶數(shù)據(jù)會加大位率，使z不適于固定帶寬的應(yīng)用，所以關(guān)鍵是如 何把水印信號加到數(shù)據(jù)信號中，即加入到表示視頻幀的數(shù)據(jù)流中。對丁輸入的mpeg-2數(shù) 據(jù)流而言，它可分為數(shù)據(jù)頭信息、運(yùn)動向量(用于運(yùn)動補(bǔ)償)和dct編碼信號塊3部分，在 方案中只有mpeg2數(shù)據(jù)流最后一部分?jǐn)?shù)據(jù)被改變，其原理是，首先對dct編碼數(shù)拯塊中 每一輸入的huffman碼進(jìn)行解碼和逆量化，以得到當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的一個dct系數(shù);其次，把 相應(yīng)水印信號塊的變換系數(shù)與之相加，從而得到水印疊加的dct系數(shù)，再重新進(jìn)行量化 和huffman編碼，最后對新的huffman碼字的位數(shù)nl與原來

39、的無水印系數(shù)的碼字no進(jìn) 行比較，只在nl不大于no的時候，才能傳輸水卬碼字，否則傳輸原碼字，這就保證了 不增加視頻數(shù)據(jù)流位率。該方法有一個問題值得考慮，即水印信號的引入是一種引起降 質(zhì)的謀差信號，而基于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)木幋a方案會將一個謀差擴(kuò)散和累積起來，為解決此問 題，該算法采取了漂移補(bǔ)償?shù)姆桨竵淼窒蛩⌒盘柕囊胨鸬囊曈X變形。(5) nec算法該算法由nec實(shí)驗(yàn)室的cox等人提出，該算法在數(shù)字水卬算法中占有重要地位，其 實(shí)現(xiàn)方法是，首先以密鑰為種子來產(chǎn)生偽隨機(jī)序列，該序列具有高斯n(0, 1)分布，密鑰 一般由作者的標(biāo)識碼和圖像的哈希值組成，其次對圖像做dct變換，最后用偽隨機(jī)高斯 序列來

40、調(diào)制(疊加)該圖像除直流(dc)分量外的1000個最大的dct系數(shù)。該算法具有較強(qiáng) 的魯棒性、安全性、透明性等。由于采用特殊的密鑰，因此可防止ibm攻擊，而且該算 法述捉出了增強(qiáng)水印魯棒性和抗攻擊算法的重要原則，即水印信號應(yīng)該嵌入源數(shù)據(jù)屮對 人感覺最重要的部分，這種水印信號由獨(dú)立同分布隨機(jī)實(shí)數(shù)序列構(gòu)成，且該實(shí)數(shù)序列應(yīng) 該具有高斯分布n(0, 1)的特征。(6) 生理模型算法人的生理模型包括人類視hvs(humanvisualsystem)和人類聽覺系統(tǒng)has。該模型不僅 被多媒體數(shù)據(jù)壓縮系統(tǒng)利用，同樣可以供數(shù)字水印系統(tǒng)利用。利用視覺模型的基本思想 均是利用從視覺模型導(dǎo)出的jnd(just no

41、ticeable difference)描述來確定在圖像的各個部分 所能容忍的數(shù)字水印信號的最大強(qiáng)度，從而能避免破壞視覺質(zhì)量。也就是說，利用視覺 模型來確定與圖像相關(guān)的調(diào)制掩模，然后再利用其來插入水印。這一方法同時具有好的 透明性和強(qiáng)健性。2.2.5數(shù)字水印的攻擊伴隨著水印技術(shù)的發(fā)展，對水印的攻擊方法也不斷岀現(xiàn)。好的攻擊方法可以發(fā)現(xiàn)水 卬系統(tǒng)的缺陷，從而進(jìn)一步促進(jìn)水印系統(tǒng)的完善。面向版權(quán)保護(hù)的魯棒水印技術(shù)是一個 具有相當(dāng)難度的研究領(lǐng)域，到口前為止，還沒有一個算法能夠真正經(jīng)得住攻擊者的任意 進(jìn)攻。水印的魯棒性體現(xiàn)在水印系統(tǒng)抵抗一般信號處理及惡意攻擊的能力。一般信號處 理是指加水印的作品在使用的過

42、程中所受到的一些不可避免的處理方法，如壓縮、去 噪，而惡意攻擊則是指為破壞水印而采取的具有攻擊性的處理方法。實(shí)際上，從水印設(shè) 計(jì)的角度看，一般信號處理與惡意攻擊并沒有區(qū)別，一般信號處理也可以被攻擊者利用 作為破壞水印的方法。根據(jù)craver等人的劃分，水印攻擊可以分為四大類:穩(wěn)健性攻擊 (robustness attack)> 表達(dá)攻擊(presentation attack)> 解釋攻擊(interpretation attack)和合法攻 擊(legal attack),這四類攻擊分別針對水印系統(tǒng)的某一階段。(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。最普通的一

43、種稱為基本攻擊，如在 圖像水印技術(shù)屮，通過采用常規(guī)的圖像處理手段來對水印圖像進(jìn)行某些操作，降低圖像 質(zhì)量，從而削弱或刪除其中所歐入的水卬。這種攻擊對加有水卬的數(shù)據(jù)進(jìn)行整體操作而 并不是將水印區(qū)分和隔離出來。攻擊方法包括濾波、壓縮、添加噪聲、圖像量化等。基 本攻擊易于實(shí)現(xiàn)，有大量的圖像處理工具可供攻擊者使用。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， 這種操作凡乎不會使原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生降質(zhì)。穩(wěn)健性攻擊中常見的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)品的凡 個帶有不同水印信號的版本，采用統(tǒng)計(jì)平均等方法生成一個近似的集合，以此來逼近和

44、恢復(fù)原始數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生出一個檢測不出水卬信號的數(shù)字產(chǎn)品。(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(diǎn)是水卬盡管還存在于原始數(shù)據(jù)中，但水卬檢測過 程已不能將其恢復(fù)或檢測到其存在。最為典型的兩種表示攻擊是凡何變形攻擊和馬賽克 攻擊。凡何變形攻擊采用縮放、旋轉(zhuǎn)、裁剪、重采樣手段對數(shù)據(jù)(主要針對圖像及視頻)進(jìn)行 最低的凡乎無法察覺的凡何扭曲，使數(shù)據(jù)被輕微的拉伸、平移、裁剪或旋轉(zhuǎn)，本質(zhì)土并 沒有去除數(shù)據(jù)中所含的水印，但卻使得水卬歐入位置和水卬檢測位置不再相符，水卬檢 測者不知道水印嵌入的確切位置就無法檢測岀水印。(3) 解

45、釋攻擊解釋攻擊中攻擊者設(shè)計(jì)出一種情況以阻止對所有權(quán)的斷言。此類攻擊通常通過偽造 水印來產(chǎn)生假的原始數(shù)據(jù)或假的水印數(shù)據(jù)，從而制造混亂，使得最早嵌入的原始水印不 能和偽造的水印被清楚地區(qū)分開來，引起對水印權(quán)限的懷疑。抵御解釋攻擊可以采用吋 間戳、不可逆水印等方法。(4) 合法性攻擊合法性攻擊是指攻擊者利用法律條款屮的一些漏洞以達(dá)到其攻擊目的。前而介紹了 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。2.2.6數(shù)字水卬的應(yīng)用領(lǐng)域數(shù)字水印的捉出是為了保護(hù)版權(quán)，然而隨著數(shù)字水印技術(shù)的發(fā)展，人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了 水印更多更廣的應(yīng)用.目前，數(shù)字水印技術(shù)的應(yīng)用大體

46、上可以分為版權(quán)保護(hù)、數(shù)字指 紋、認(rèn)證和篡改檢測、內(nèi)容標(biāo)識和隱藏標(biāo)識、使用控制、內(nèi)容保護(hù)、web網(wǎng)的自動監(jiān)控 等方面。(1) 版權(quán)保護(hù)(copyright protection)是數(shù)字水印技術(shù)最重要的應(yīng)用領(lǐng)域。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境 中，人們提供的數(shù)字服務(wù)將越來越多，如數(shù)字圖書館、數(shù)字電視、數(shù)字新聞等，這些服 務(wù)提供的都是數(shù)字作品，其具有易修改、易復(fù)制的特點(diǎn)。服務(wù)提供商在向用戶發(fā)放數(shù)字 作品時，將雙方的信息代碼以水印的形式隱藏在作品中?！皵?shù)字水印”利用信息隱藏原 理使版權(quán)標(biāo)志不可見或不可聽，既不損害原作品，乂達(dá)到了版權(quán)保護(hù)的目的。目前，用 于版權(quán)保護(hù)的數(shù)字水印技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入了初步實(shí)用化階段，ibm公司在其“數(shù)

47、字圖書館” 軟件中就提供了數(shù)字水印功能，adobe公司也在其著名的photoshop軟件中集成了 digimarc公司的數(shù)字水印插件。(2) 叛徒追(traitor tracking)是指數(shù)字指紋的應(yīng)用，主要是為了識別數(shù)據(jù)的單個傳播 拷貝。如將標(biāo)識版權(quán)信息和原創(chuàng)者的一些序列號嵌入到被保護(hù)的數(shù)據(jù)屮以達(dá)到產(chǎn)品跟蹤 和監(jiān)視的作用。所以也常把數(shù)字水印的這種應(yīng)用稱為“數(shù)字指紋”，它涉及到在每個傳 播的數(shù)據(jù)拷貝中分別嵌入不同的水印。因?yàn)閱为?dú)水卬拷貝的傳播容易受到共謀攻擊 (collusion attack),嵌入的水印必須設(shè)計(jì)成共謀安全的(collusion secure)o同樣，在一些 數(shù)字指紋的應(yīng)用中

48、，需要容易和簡單地提取水印，例如在互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中搜索被盜版的水 印圖像需要冇較好的實(shí)吋性和效率。針對標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理和譽(yù)意攻擊也需要具冇較高的穩(wěn) 健性。(3) 拷貝保護(hù)(copy protection)是多媒體傳播系統(tǒng)中一個冇價值的特征，它禁止對媒體 的非授權(quán)拷貝。在開放系統(tǒng)屮，要實(shí)現(xiàn)拷貝保護(hù)是非常困難的；然而在封閉的或私有系 統(tǒng)屮則是可行的。在那種狀態(tài)下可以利用數(shù)字水印來指示數(shù)據(jù)的拷貝狀態(tài)。一個典型的 例了是dvd系統(tǒng)，其數(shù)據(jù)中包含嵌入水卬的拷貝信息，一個和應(yīng)的dvd系統(tǒng)對含有“拷貝一次”水卬的數(shù)據(jù)可以被拷貝，但接下來的連續(xù)再拷貝則被禁止。(4) 認(rèn)證和完整性校驗(yàn)優(yōu)點(diǎn)在丁認(rèn)證同內(nèi)容是密不可分的，因

49、而簡化了處理過程。當(dāng) 對嵌入水印的數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行檢驗(yàn)時，必須用惟一的與數(shù)據(jù)內(nèi)容相關(guān)的密鑰提取出水印， 然后通過檢驗(yàn)提取出的水印完整性來檢驗(yàn)數(shù)字內(nèi)容的完整性。其主要應(yīng)用集屮在：電子 商務(wù)、網(wǎng)上銀行交易、數(shù)字簽名和個人隱私等。數(shù)字水卬在網(wǎng)上交易中，交易體系的任 何一方發(fā)送或接收信息時，將各自的特征標(biāo)記以水印的形式加入到傳遞的信息屮，這種 水印是不能被去除的，以達(dá)到確認(rèn)其行為的目的。對于數(shù)據(jù)完整性的驗(yàn)證是要確認(rèn)數(shù)拯 在網(wǎng)上傳輸或存儲過程中并沒有被篡改。通過使用脆弱水印技術(shù)保護(hù)的媒體一旦被篡改 就會破壞水印，將很容易被識別。(5) 隱蔽通信及其對抗引發(fā)了信息戰(zhàn)尤其是網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)的革命，產(chǎn)生了一系列新穎的

50、作戰(zhàn)方式，引起了許多國家的重視。網(wǎng)絡(luò)情報戰(zhàn)是信息戰(zhàn)的重要組成部分，其核心內(nèi)容 是利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密數(shù)據(jù)傳送。迄今為止，學(xué)術(shù)界在這方面的研究思路一直未能突 破“文件加密”的思維模式，然而，經(jīng)過加密的文件往往是混亂無序的，容易引起攻擊 者的注意。網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)的廣泛應(yīng)用使得利用公用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行保密通信有了新的思路， 利用數(shù)字化聲像信號相對于人的視覺、聽覺冗余，可以進(jìn)行各種時(空)域和變換域的信息 隱藏，從而實(shí)現(xiàn)隱蔽通信。2.2.7數(shù)字水印技術(shù)的一些局限(1) 不知道能夠隱藏多少位。盡管非常需要知道指定大小載體信息上可以隱藏多少比特的水卬信息，但這個問題還沒 有得到圓滿解決。事實(shí)上，對給定尺寸的圖像或

51、者給定吋間的音頻，可以可靠隱藏信息 量的上界，口前還不清楚。對圖像水印，只能說口前使用的算法可以隱藏幾百比特位的 水印信息。(2) 還沒有真正健壯的肓圖像水印算法。對圖像水卬魯棒性還是個問題，冃前還沒有能夠在經(jīng)過所有普通圖像處理變換后，仍能 幸免的盲水印算法。尤其是能夠抵抗幾何處理的攻擊，被認(rèn)為是很難實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。(3) 所有者能去除標(biāo)記。迄今為1上提岀的所有盲圖像水印，實(shí)際上都是可逆的。已知水印的準(zhǔn)確內(nèi)容!以及水印的 嵌入和檢測算法，則總能在沒有嚴(yán)重?fù)p壞資料的前提下，使水卬不可讀取。目前還不清 楚這個缺點(diǎn)在將來還是否存在；同時在設(shè)計(jì)版權(quán)保護(hù)系統(tǒng)時，必須考慮如下問題：一旦 水印內(nèi)容已知，則有可能

52、去除水印或者部分水印。此外，迄今為止提岀的水印算法，其 可逆性使人們提出極大的疑問，即設(shè)計(jì)能夠抗篡改的健壯公開水卬技術(shù)是否可能？事實(shí) 上，如果允許任何人讀取水印，則任何人只要知道水印嵌入算法，就可以消除水印。2.3本章小結(jié)數(shù)字水印技術(shù)在信息高速發(fā)展的時代應(yīng)用很廣，進(jìn)步的也很快，隨著技術(shù)的發(fā)展， 數(shù)字水印將運(yùn)用的越來越廣泛。本章的主要工作可概括如下：、給出了醫(yī)療信息的安全需求。2、和詁介紹了總字水印技奈的概念、特性、分類及算法。簡單介紹了數(shù)字水印技術(shù) 的應(yīng)用領(lǐng)域和不足z處。第三章dct變換算法介紹3. 1dct概述dct是一種空間變換，在mpeg2屮dct以8x8的像塊為單位進(jìn)行，生成的是8x8

53、的 dct系數(shù)數(shù)據(jù)塊。dct變換的最大特點(diǎn)是對于一般的圖像都能夠?qū)⑾駢K的能量集中于少數(shù) 低頻dct系數(shù)上，即生成8x8dct系數(shù)塊屮，僅左上角的少量低頻系數(shù)數(shù)值較大，其余系 數(shù)的數(shù)值很小，這樣就可能只編碼和傳輸少數(shù)系數(shù)而不嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。用于對信號 和圖像（包括靜止圖像和運(yùn)動圖像）進(jìn)行無損數(shù)據(jù)壓縮。這是曲于離散余弦變換具冇很 強(qiáng)的”能量集中“特性:大多數(shù)的口然信號（包括聲咅和圖像）的能量都集中在離散余弦變 換后的低頻部分，而j1當(dāng)信號具有接近馬爾可夫過程（markov processes）的統(tǒng)計(jì)特性 時,離散余弦變換的去相關(guān)性接近于k-l變換（karhunen-loeve變換它具有最優(yōu)的去相

54、關(guān)性）的性能。最早的基于分塊dct的一種數(shù)字水印技術(shù)方案是由一個密鑰隨機(jī)地選擇圖像的一些 分塊，在頻域的中頻上稍稍改變一個三元組以隱藏二進(jìn)制序列信息。選擇在中頻分量編 碼是因?yàn)樵诟哳l編碼易于被各種信號處理方法所破壞，而在低頻編碼則由于人的視覺對 低頻分量很敏感，對低頻分量的改變易于被察覺。該數(shù)字水印算法對有損壓縮和低通濾 波是穩(wěn)健的。另一種dct數(shù)字水印算法是首先把圖像分成8x8的不重疊像塊，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(jī)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)屮。該算法是通過對選定的dct系數(shù)進(jìn) 行微小變換以滿足特定的關(guān)系，以此來表

55、示一個比特的信息。在水印信息捉取時，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。較早利用分塊dct的水印技術(shù)是用一個密鑰隨機(jī)的選擇圖像的一些分塊，在頻 域的屮頻上稍稍改變一個三元組來隱藏二進(jìn)制序列信息。cox等10提出了基于圖像全局 變換的數(shù)字水印技術(shù)，該方案對整個圖像作離散余弦變換，然后將水印嵌入到預(yù)先設(shè)定 的低頻分量中，水卬信號由高斯分布的實(shí)數(shù)序列組成，算法不僅在視覺上具有不可察覺 性，而ii穩(wěn)健性也非常好。之后又有學(xué)者提出一種利用hvs掩蔽特性的基于dct的水印 算法，在水印恢入階段，對圖像進(jìn)行dct變換，對dct系數(shù)按zig-zag掃描11重新排列 為一維向量，留下向量

56、中開始的l個系數(shù)不作修改，對第l個系數(shù)后面的m個系數(shù)進(jìn)行 修改以嵌入水印。之后黃繼武等人12在對dct系數(shù)dc和ac分量的定性和定量分析的 基礎(chǔ)上，指i dc分量比ac分量更適合嵌入水印，嵌入dc分量的水卬具有更好的穩(wěn)健 性，并提出了一個利用dc分量的自適應(yīng)算法。上面講到的算法會有一些缺點(diǎn)：水印提取 過程屮使用了原始圖像，這一點(diǎn)在實(shí)時的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境屮很難做到，同時只給出水印是否存 在的回答，而不能實(shí)現(xiàn)盲提取。3.1.1 dct變換公式因?yàn)閐ct變換公式是這一算法的核心，有必要先了解一下dct正反變換公式。dct 正反變換公式的核心是余弦變換，計(jì)算速度比較快，因圖像處理所用的是二維變換，這 里只給出

57、二維的dct止反變換公式，二維dct正變換公式為：m1f(/,v) = c(w)c(v)x=0n_x /(y)cosy=0兀(2兀+ 1)2mcos;r(2y+ 1)2n/z=0,l,m = 0"=1，2 m 1v = 0v = l,2-7v-l二維dct反變換公式為:m-1n-1/uo?)=工工 c(u)ce)f(u°)cosm=0 v=0tt(2x + )u-2mcos”(2y + l)v2nx = 0,l ml;y = 0,l n1 其小x, y為空間采樣值，u, v為頻域采樣值。 因?yàn)閿?shù)字圖像多用像素方陣來標(biāo)識，即m二n,此時，二維dct止反變換可以簡化 為:n-l n7f(“v) = c(u)c(u)工 /(%,>')cosa=0 y=q/r(2x +1)incos龍(2y+ 1)2nu = oyv-i；v = o,iw in-l n-l/(x，y) =工工 c(u)cw)f(u°)cosm=0 v=()zr(2x + l