BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT GIẤU TIN Đề tài 1: Một giải thuật thủy vân số dựa trên DCT: Ứng dụng trên hình ảnh y khoa

HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA AN TỒN THƠNG TIN BÁO CÁO MÔN HỌC KỸ THUẬT GIẤU TIN Đề tài 1: Một giải thuật thủy vân số dựa DCT: Ứng dụng hình ảnh y khoa Sinh viên thực hiện: Lê Xuân Thiện AT150254 Nguyễn Công Vĩnh AT150265 Kiều Văn Đỗ AT150213 Nguyễn Quang Hào AT150217 Nguyễn Tuấn Đạt AT150212 Nhóm Giảng viên mơn học: Hồng Thu Phương Hà Nội, 2-2022 Mục lục DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT PSNR Peak signal-to-noise ratio SNR Signal-to-noise ratio IRN Instituto dos Registos e Notariado DCT Dual Clutch Transmission DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Chỉ số thang điểm chuyên dụng cho chất lượng hình ảnh DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình Q trình nhúng Hình Phân rã thông điệp thành khối 512 bit Hình Một lần lặp lại chức nén SHA-1 Hình Sơ đồ "Turbocode" nối tiếp Hình Biến đổi cosin rời rạc khối * Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh X quang Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM đánh dấu mờ nén với α = 20 Hình 10 PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic đánh dấu mờ nén với α = 20 Hình 11 PSNR wPSNR cho hình ảnh xạ đánh dấu mờ nén với α = 20 Hình 12 Các lỗi lại sau sửa cho IRM, Echographic Ảnh phóng xạ với α = 20 Hình 13 PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM đánh dấu mờ bị công nhiễu kênh xung với α = 20 Hình 14 PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic đánh dấu chìm bị cơng tiếng ồn kênh xung với α = 20 Hình 15 PSNR wPSNR cho hình ảnh Xạ hình đánh dấu chìm bị cơng tiếng ồn kênh xung với α = 20 Hình 16 Các lỗi lại sau sửa cho IRM, Echographic Hình ảnh xạ bị cơng nhiễu kênh xung với α = 20 Giới thiệu Sự phát triển công nghệ thông tin lĩnh vực truyền thông mang đến cho ngành y nhiều hội thực dịch vụ y tế từ xa nhằm nâng cao chất lượng sống tăng hiệu dịch vụ y tế Dịch vụ có tên "Telemedicine", cung cấp quyền truy cập vào hồ sơ bệnh nhân hình ảnh y tế Khi trang web thực dịch vụ bảo vệ cách kiểm sốt quyền truy cập, bảo mật khơng tuyệt đối Ở bước này, watermarking góp phần giữ bí mật cho nhiều liệu riêng bệnh nhân giữ chất lượng hình ảnh Một mặt, vấn đề watermarking áp dụng hình ảnh y tế bảo tồn chất lượng hình ảnh (việc sửa đổi liệu nhỏ hình ảnh dẫn đến chẩn đốn sai) mặt khác, để trích xuất tồn liệu sau nhiều công (việc sửa đổi liệu trích xuất có nghĩa chẩn đốn sai) Trong bối cảnh cần có phương pháp watermarking áp dụng hình ảnh y tế Các không gian đề xuất hệ thống sử dụng phép biến đổi cosin rời rạc (DCT) Đánh giá thuật toán Watermarking Để đánh giá thuật tốn watermarking, nhiều tiêu chí sử dụng Điều quan trọng chất lượng hình ảnh độ an toàn sơ đồ watermarking trước cơng khác Chất lượng hình mờ đánh giá hai loại thước đo 2.1 Các biện pháp chủ quan Đối với hình ảnh y tế, đánh giá chủ quan chất lượng hình ảnh xác định thang điểm đánh giá chuyên dụng Khoảng cách định dạng cần thiết lần chiều cao hình Bảng cho thấy thang đo quan sát chất lượng hình ảnh Bảng Chỉ số thang điểm chuyên dụng cho chất lượng hình ảnh Chỉ số Chất lượng Xuất sắc Tốt Trung bình Trung bình Tệ Trong trường hợp sở liệu lớn, loại đánh giá trở nên đắt 2.2 Các biện pháp khách quan Các biện pháp khách quan dựa so sánh hình ảnh watermark nhận hình ảnh gốc Từ phép đo này, tính tốn tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh PSNR, PSNR có trọng số, entropy tương đối, sai số bình phương trung bình sai số tuyệt đối trung bình • Tỷ lệ tín hiệu nhiễu tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh: Trong số biện pháp bóp méo quan trọng xử lý hình ảnh tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNR) tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh (PSNR) SNR PSNR xác định theo cơng thức sau: • Tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh có trọng số: Tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh PSNR dựa việc so sánh pixel hình ảnh gốc pixel hình ảnh có watermarking wPSNR Voloshy Noviskiand Al đề xuất xác định công thức sau: Với giá trị (i, j) đại diện cho phương sai cục pixel (i, j), I (i, j) giá trị cường độ cho pixel (i, j) từ hình ảnh gốc Iw (i, j) giá trị cường độ cho pixel hình ảnh thử nghiệm M N chiều cao chiều rộng ảnh 2.3 Các công cụ phát chữ ký Phép đo "mức độ tin cậy" liệu phát dựa "tính tốn khoảng cách" liệu chèn vào phát Biện pháp thực cách sử dụng mối tương quan Mối tương quan hai tín hiệu bao gồm đo lường phụ thuộc chúng Tương quan hai hình ảnh X Y tính tốn tương quan hai ma trận X Y có kích thước cách sử dụng công thức sau: Các loại công Để đánh giá mức độ hiệu phương pháp watermarking cần điều tra ảnh hưởng cơng khác hình ảnh Các cơng chia thành hai loại: • Các công vô hại Trong giai đoạn truyền, hình ảnh trải qua xử lý khác lọc, nén phép biến đổi hình học Đây phương pháp xử lý phân loại cơng vơ hại • Các cơng độc hại Các công độc hại ngăn cản việc nhận chữ ký hình ảnh đánh dấu Các cơng giải mã, chí phá hủy điều dẫn đến việc liệu mã hóa Các cơng độc hại có liên quan đến giật hình, công đánh dấu bổ sung, công chép công ghép, v.v Đề xuất phương pháp watermarking Như thể hình 1, phương pháp đề xuất trình bày tài liệu kết hợp nhiều cơng cụ khác • Thơng tin tọa độ bệnh nhân, trung tâm y tế cuối chẩn đốn y tế giới thiệu; • Hàm băm có mục đích tạo chữ ký trung tâm bệnh viện; • Kết nối chữ ký tất hồ sơ bệnh nhân, thông tin xếp, thơng điệp liệu; • Mã hóa thơng điệp liệu cách sử dụng mã sửa lỗi (ECC), hình turbocode nối tiếp đề xuất, với mục đích đóng góp vào bảo mật liệu khai thác liệu phù hợp sau áp dụng số cơng; • Biến đổi cosin rời rạc (DCT) không gian chèn Hình Quá trình nhúng Chuẩn bị watermark Trong mục này, tồn thơng điệp thay thế, hình ảnh y tế, có chữ ký trung tâm bệnh viện liệu bệnh nhân Sau đó, mã turbocode nối tiếp sử dụng để góp phần bảo mật mang lại hiệu sau ứng dụng qua nhiều công 5.1 Thế hệ chữ ký Hàm băm đề xuất sử dụng công việc hàm băm SHA-1 SHA-1 phương pháp băm mật mã NASA thiết kế vào năm 1995 phương pháp xử lý thông tin tiêu chuẩn SHA-1 hàm hàm băm chiều Thuật tốn băm an tồn nhận thơng báo nhỏ 2^64 chiều dài bit tạo tóm tắt thơng báo 160-bit thiết kế cho việc tìm văn phù hợp với hàm băm cho phức tạp mặt tính tốn Hình Phân rã thơng điệp thành khối 512 bit Quá trình xử lý thực tổng thể N khối, đến khối cuối để tìm chữ ký số cuối Hình minh họa bước khác để tìm băm khối M (i) Hình Một lần lặp lại chức nén SHA-1 Với: • • • • Kt: Hằng số sử dụng i^eme lần lặp lại; Wt: Từ thơng điệp thứ t chương trình; F: Mơ tả hàm sử dụng để tính tốn giá trị băm; Rot: Mơ tả vịng quay với n bit 5.2 Mã sửa lỗi: Serial "Turbocode" Khái niệm Turbocode gần với khái niệm kết hợp nhiều loại mã sửa lỗi Thật vậy, turbocode để nối hai nhiều ECC nói chung phức hợp phân tách khối xen kẽ Nhắc lại mã chập để coi liệu dãy ký hiệu vô hạn phải qua số nhớ m + đường sinh tạo chuỗi mã hóa ký hiệu Đối với "Turbocode" nối tiếp, ý tưởng nối hai nhiều mã chập chuỗi nối tiếp Các mã thường phân tách khối xen kẽ Kiến trúc cho phép mã phá vỡ gói lỗi có nguồn gốc bên giải mã để tạo điều kiện thuận lợi cho công việc giải mã khác cho "ở ngồi" Hình Sơ đồ "Turbocode" nối tiếp Bên ngồi thơng tin trình bày, bên sơ đồ đề cập đến tập liệu gọi liệu độ tin cậy Nó trao đổi giải mã vào cuối trình hiệu chỉnh để cải thiện qua lần lặp Chuẩn bị không gian chèn: không gian DCT Biến đổi Cosin rời rạc (DCT) biến đổi lựa chọn bối cảnh xử lý ảnh Đây chuyển đổi sử dụng nhiều tiêu chuẩn nén JPEG Biểu thức DCT là: Với a(0) = √2/2 k ≠ a(k) = Các thuận lợi chủ yếu DCT cung cấp biểu đồ cho tần số khác Hình cho thấy biểu đồ tần số khác áp dụng phần * hình ảnh Hình Biến đổi cosin rời rạc khối * Trong miền tần số, thành phần có ý nghĩa tri giác thường tương ứng với tần số băng tần thấp trung Chọn tần số băng tần trung bình đảm bảo cân đối khả chống lại cơng tối đa suy giảm chất lượng hình ảnh tối thiểu Do đó, âm tần trung giữ lại lựa chọn Mô tả lược dồ watermarking Lược đồ Watermarking chia thành hai bước, bước chèn bước phát Đối với bước chèn, bạn nên: • Tính tốn trung tâm chữ ký bệnh viện cách sử dụng 160-bit SHA-1 làm hàm băm; • Nối chữ ký có chứa thơng tin liệu chẩn đoán bệnh nhân Những liệu chuyển thành thông điệp nhị phân mã hóa cách sử dụng mã sửa lỗi (turbocode nối tiếp); • Áp dụng DCT khối khác (8 * 8) hình ảnh, lựa chọn dải trung bình làm lựa chọn Ở lần lựa chọn thứ hai, chọn thứ tự hệ số theo thứ tự giảm dần; • Trong cách làm này, họ đề xuất chèn bit vào khối Việc sử dụng khóa bí mật chọn tần số khác để hỗ trợ hình mờ Quy trình chèn tn theo cơng thức: Y’(i) = Y(i) + a ì message(i) (6) ã p dng o ngược DCT khối * khác để tạo hình mờ cho hình ảnh Bước trích xuất bao gồm bước ngược lại với bước trước Kết Thuật tốn watermarking với hình ảnh IRM, Echographic Radiographic khác đánh giá Thơng báo hình thành với: o Chữ ký trung tâm bệnh viện; o Thông tin bệnh nhân; o Thơng tin chuẩn đốn Thuật tốn cho phép phát tồn thơng báo chèn hình ảnh kiểm tra Khi hình ảnh watermark thử nghiệm trải qua công ''sao chép/dán, thơng báo chứa liệu thơng tin chẩn đốn bệnh nhân với chữ ký bệnh viện trích xuất Nhưng số hình ảnh, chữ ký trích xuất khác với chữ ký ban đầu Về nó, chúng tơi kết luận số thay đổi xảy Hình 6, cho thấy số đo PSNR wPSNR hệ số hiển thị α thay đổi Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh X quang Hình 9, 10 11 cho thấy chất lượng hình ảnh watermark IRM, Echographic Radiographic lược đồ watermark chống lại cơng JPEG với tốc độ nén khác Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM đánh dấu mờ nén với α = 20 Hình 10 PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic đánh dấu mờ nén với α = 20 Hình 11 PSNR wPSNR cho hình ảnh xạ đánh dấu mờ nén với α = 20 Liên quan đến mã sửa lỗi (hình 12), nhiều thử nghiệm cho thấy sửa lỗi xảy hình ảnh thử nghiệm có tỷ lệ hình ảnh nén thấp 40% loại hình ảnh IRM Echographic 50% hình ảnh xạ Hình 12 Các lỗi lại sau sửa cho IRM, Echographic Ảnh phóng xạ với α = 20 Hình 13, 14 15 cho thấy chất lượng (PSNR wPSNR) hình ảnh IRM, Echographic Radiographic sau áp dụng công nhiễu kênh xung đột Hình 13 PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM đánh dấu mờ bị công nhiễu kênh xung với α = 20 Hình 14 PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic đánh dấu chìm bị công tiếng ồn kênh xung với α = 20 Hình 15 PSNR wPSNR cho hình ảnh Xạ hình đánh dấu chìm bị công tiếng ồn kênh xung với α = 20 Liên quan đến độ chắn, nhiều thử nghiệm sau thêm cơng nhiễu xung đột Hình 16 cho thấy hệ số tương quan thông điệp gốc thông điệp trích xuất Hình 16 Các lỗi cịn lại sau sửa cho IRM, Echographic Hình ảnh xạ bị công nhiễu kênh xung với α = 20 Kết luận Trong báo cáo đề cập đến phương pháp watermarking hình ảnh y tế sử dụng không gian DCT mã sửa lỗi Mặt khác, hàm băm SHA1 sử dụng để cải thiện tính tồn vẹn thơng báo ECC để tăng tính bảo mật thơng báo trước tất loại thay đổi Tính xác thực độ chắn hình ảnh nhận được xác minh chống lại công khác Để xác minh liệu trích xuất, họ sử dụng kỹ thuật tương quan để trích xuất liệu, sử dụng turbocode nối tiếp làm mã sửa lỗi để sửa lỗi cuối xảy kiểu cơng khác Việc chèn chữ ký ghi bệnh nhân cách sử dụng phương pháp dẫn đến kết tốt chất lượng hình ảnh hình ảnh watermark Tính chắn phương pháp xác minh công "sao chép / dán", công nén JPEG công nhiễu xung đột TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] C Fei, D Kundur and R H Kwang, “Analysis and De-sign of Watermarking Algorithms for Improved Resis-tance to Compression”, IEEE Trans Image Processing,Vol.13 pp 126-144, Feb 2004 [2] X A Xia, charles G Boncelet and G R Arce, “Wavelettransform based watermark for digital images”, OpticsExpress, Journal of Optics society of America, Vol 3,No 12, pp 497-511, 1998 [3] R Dugal, K Ratakonda and N Ahuja, “A New waveletbased scheme for watermarking images”,IEEE Interna-tional Conference on Image Processing, pp 4-7, Octo-ber 1998 [4] C T Hsu and J L Wu, “Multiresolution watermarkingfor digital images”, IEEE Trans On circuits & systemsVol 45, no 8, pp 1097-1101, 1998 [5] D Prasad,Introduction to Numerical Analysis,SecondEdition, Narosa, 2003 [6] A G Bors, and I Pistas, “Image Watermarking UsingDCT Domain Constraint”,IEEE International Confer-ence on Image Processing, Vol 3, pp 231-234,1996 [7] J J Eggers and B Girod, “Quantization Effects on Dig-ital Watermarks”, Signal Processing Archive, Elsevier,Vol 81, no 2, pp 239-263, Feb 2001 Kwang, [2] C Fei,Image “Analysis D Kundur and and DeR.2004 H Algorithms forProcessing, Improved ResisVol.13 Trans pp 126-144, Feb ... luận số thay đổi x? ?y Hình 6, cho th? ?y số đo PSNR wPSNR hệ số hiển thị α thay đổi Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh X quang Hình. .. "Turbocode" nối tiếp Hình Biến đổi cosin rời rạc khối * Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh Echographic Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh X quang Hình PSNR wPSNR cho hình ảnh IRM đánh... nhiều liệu riêng bệnh nhân giữ chất lượng hình ảnh Một mặt, vấn đề watermarking áp dụng hình ảnh y tế bảo tồn chất lượng hình ảnh (việc sửa đổi liệu nhỏ hình ảnh dẫn đến chẩn đốn sai) mặt khác, để