資 訊 管 理 系

中 臺 科 技 大 學

資 訊 管 理 系

畢 業 專 題

最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏應用於保護胸部 MRI 影像

指導老師：林其南 老 師

學 生：FM4A 紀柏誠 李侑倫 林晉業 賴彥霖 徐懿辰 黃冠宗

中 華 民 國 一百 年 十二 月

致謝

本論文的完成真的非常感謝林其南老師耐心的循循善誘，不 僅百忙之中抽空指導我們，而在做專題的期間，也正值老師的博 士論文發表，老師不僅沒忽略我們，且更加的關心和督促我們，

使我們有足夠的資源和信心來完成這次的專題。

專題的一開始，我們對於專題的題目都不甚了解，而在老師 的幫助下，我們漸漸的了解此次專題題目的雛型與內容，在製作 專題的過程，或許有爭吵、意見分歧，但是到了最後大家還是會 達成協議，一起突破瓶頸，讓大家都成長了不少，最後，要謝謝 大家的分工合作，才能完成這次的專題論文，也很感謝老師的教 導和鼓勵。

最後，在完成專題之後，大家也將畢業，踏入各自的人生道 路上，很高興能有這一次的機會，能和大家一起合作完成這次的 論文，也期許大家，再未來能有各自的一片天空，以後也會更加 珍惜如此甜蜜的回憶，最後，再一次的謝謝老師們的諄諄教誨，

無私的付出和指導，謝謝大家。

摘要

在現代資訊社會下，網路資訊的傳輸已被廣泛的使用，然而在這 方便的環境之下卻隱藏著危險的漏洞，重要的資訊可能在傳輸途中被 人攔截、竄改，因此，如何保護著這些重要資訊在網路上傳輸的安全 性和正確性是一個重要的研究議題。

本研究使用資訊隱藏(Information Hiding or Data Hiding)技 術來保護資訊於網路上傳輸的安全。我們將最佳配對優先之 VQ (Vector Quantization)資訊隱藏技術應用於保護胸部 MRI 影像上。

在研究方法上，先將胸部 MRI 影像分為 ROI 影像區塊與 Non-ROI 影像區塊，接著將 Non-ROI 部分進行 VQ 壓縮成為 VQ 索引值。再來，

根據最佳配對優先的順序，進行 VQ 索引的更換以藏入病人的重要資 訊。藏入完畢後，將新的 VQ 索引值(代表 Non-ROI 部分)與原始的 ROI 影像結合輸出，由於 ROI 部分未做任何更動，所以回復後影像將不會 影響醫生的診斷。另外，在隱藏的資訊裏，除了病人私密資訊外，另 加入兩組 MD5 驗證碼，用來保護 ROI 影像區塊和病人私密資訊，可供 日後對這些部分偵測是否有遭到竄改或破壞。

關鍵詞:資訊隱藏、VQ、MD5、重要區域(ROI)、胸部 MRI。

目錄

壹、前言 ... 10

一、文獻回顧 ... 10

二、研究動機與目的 ... 11

貳、文獻探討 ... 12

一、VQ 壓縮 ... 12

二、MD5 ... 13

三、PSNR ... 13

参、實驗方法與步驟 ... 14

一、訓練編碼簿 ... 14

二、實驗流程圖 ... 14

三、VQ 壓縮步驟 ... 17

四、實驗環境 ... 20

五、實驗結果和討論 ... 21

肆、結論 ... 30

伍、參考文獻 ... 31

附錄一、工作分配表………33

附錄二、甘特圖………34

附錄三、專題會議節錄………35

圖目錄

圖 1-1.偵測高度 H 流程圖………14

圖 1-2.藏入資訊流程圖………15

圖 1-3.取出資訊流程圖………16

圖 1-4.MD5 碼驗證流程圖………16

圖 1-5.原始影像 MRI 1………20

圖 1-6.MRI 1 偵測出的 ROI………20

圖 1-7.實驗使用的五張原始胸部 MRI 影像………21

圖 1-8.影像 MRI 回復後影像………22

圖 1-9.MRI 1 折線圖比較………25

圖 1-10.MRI 2 折線圖比較………26

圖 1-11.MRI 3 折線圖比較………27

圖 1-12.MRI 4 折線圖比較………28

圖 1-13.MRI 5 折線圖比較………29

表目錄

表 1-1.胸部 MRI 影像 Non-ROI 區域的可藏總位元量………23

表 1-2.取出後回復影像藏入 5,256 之 PSNR 值比較………24

表 1-3.取出後的回復影像之全藏 PSNR 值比較………24

表 1-4.MRI 1 傳統與最佳 PSNR 比較………25

表 1-5.MRI 2 傳統與最佳 PSNR 比較………26

表 1-6.MRI 3 傳統與最佳 PSNR 比較………27

表 1-7.MRI 4 傳統與最佳 PSNR 比較………28

表 1-8.MRI 5 傳統與最佳 PSNR 比較………29

壹、前言

資訊隱藏技術可協助網路上傳輸私密資訊的安全性，可用來保護 醫院的醫療影像與相關病人私密資訊的資訊安全。資訊隱藏應用於醫 療影像上，需要滿足資訊高藏量（以便藏入足夠的病人重要私密資 訊）、藏入後影像要有高品質（避免影響醫師的診斷）、以及藏入後影 像和私密資訊能抵抗外界惡意的竄改三點特性(Piva, Barni,

Bartolini, & De Rosa , 2005)。

一、 文獻回顧

對於現在的醫療資訊隱藏，有各種方法，一般而言對於醫療院所 的病人相關資料，如病歷診斷、檢驗報告、醫療影像等，對於資料的 保護越來越嚴密。Fridrich 學者提出(Fridrich, j., Goljan, M., &

Du, R.(2001)，將原始影像上的 LSB 位元取出，採用非失真性的壓縮，

再將壓縮後的 LSB 位元資料當成藏入資料的一部分，連同機密資料一 同藏回原始影像的 LSB 位置上，而接收端便可以從偽裝影像

(stego-image)的 LSB 取出所有藏入的資料，並經解壓縮取得原始影 像之 LSB 資訊，如此便可復原原始影像，此方法簡單且不會產生椒鹽 效應(salt-and-pepper , 影像中出現黑點或馬賽克)(林其南、周佳 慧、林政勳、徐瑩月、趙家瑩, 2006)，一張 512 x 512 的影像上僅 有數百至數千個位元，不過隱藏量仍然有限。雖傳統醫療 X 光影像大 部分都使用 LSB 方法來藏入，對 LSB 醫療影像來說，不管是採用一般 頻率域隱藏法或空間域 LSB 法，都對影像造成不可復原的破壞，為了 避免醫師診斷時產生疑慮，本研究對於此方法不列入考慮。

而在 2008 年 Lin 等學者(林其南、鄭霈娸、林政勳、蔡尹禛、謝 慧楹, 2008）所提出的 VQ 壓縮之資訊隱藏應用於保護乳房 MRI 影像 報告中，是使用 VQ 壓縮兼資訊隱藏技術來保護醫療乳房 MRI 影像。

將影像透過藏寶圖(Loc_map)區分出 ROI 與 Non-ROI 兩部分，在 Non-ROI 部份進行 VQ 壓縮兼藏入病人私密資訊，只有授權的醫師與 相關技術人員才可透過系統進行 VQ 解壓縮，並取出隱藏中的病人私 密資訊以用於診斷，而在保護乳房 MRI 影像的研究中實驗結果顯示 VQ 壓縮兼資訊隱藏技術可以滿足在 Piva(Piva et al., 2005)學者們 所提出的 3 項要件中，包括足夠的資訊隱藏量、不影響醫師對病情的 診斷、以及可偵測預防惡意的資訊竄改與破壞，除此之外，使用 VQ 壓縮兼資訊隱藏技術的優點，辨識度能達到儲存乳房 MRI 影像的空 間，並減少在網路上傳輸所用的空間。

二、研究動機與目的

從 2008 年 Lin 等學者們提出的 VQ 壓縮之資訊隱藏應用於保護 乳房 MRI 影像報告中(林其南 等, 2008)，我們研究 Lin 等學者所提 出的最佳配對優先法(Lin, C. N. and Chang, C. C., 2007)可應用 於醫療胸部 MRI 影像進行 VQ 壓縮資訊隱藏。我們使用最佳配對優先 之 VQ 資訊隱藏應用於保護胸部 MRI 影像，並嘗試增加隱藏量且維持 影像品質，改善傳統 VQ 壓縮之資訊隱藏技術的影像品質。

根據 Piva 等人提出，依據 DICOM （Digital Imaging and Communications in Medicine）標準，與病人相關的重要資訊量需達 5,000 bits（Piva et al., 2005）。而本研究中，將使用兩組 MD5 驗證碼

（每組 128 bits，共 256 bits），分別用來保護醫療影像中的 ROI 和病 人私密資訊，以偵測影像及資訊是否遭受破壞或竄改，並遵守 Piva 等學者(Piva et al., 2005)研究中，提出資訊隱藏應用在醫療影像 上的三點特性。

貳、文獻探討 一、VQ 壓縮

VQ (Vector Quantization)是一種非常基本的失真影像壓縮法。

有很多重要的影像壓縮技術(例如 JPEG) 都應用到 VQ 的基本觀念；

因此，改良 VQ 的壓縮結果將會對其他的相關影像壓縮技術有所幫 助，故 VQ 是學術界最廣被用來研究影像壓縮的重要格式。傳統 VQ 的基本作法首先將壓縮的影像分割成許多大小相同的小方格。例如一 張 512 x 512 點的影像，我們通常會將它分割成 128 x128 個 4x4 點 的小方格。接著查詢事先完成的編碼簿(Codebook)，找出跟每一個影 像方格最接近(即最相似)的編碼字(Codeword)。然後，再利用這些最 接近的編碼字之索引值，組成一張索引表，如此即完成影像的壓縮(R.

M. Gray, 1984)。

因為索引表的體積通常會比原影像小方格的體積小很多，故 VQ 能有很好的壓縮效果。以一本含有 256 個編碼字的編碼簿而言，VQ 的壓縮率通常是十六分之一(約 6%)。至於影像還原，由於 VQ 解碼器 可以利用壓縮後的索引表找出每個影像小方格的最相似編碼字，故可 還原出原始影像來。雖然還原的原始影像與真正的原始影像並非完全 相同，但必定十分相似。一般而言，VQ 的影像品質決定於編碼簿內

編碼字的數量之多寡及代表性之優劣(林其南 等, 2008)。

二、MD5

MD5 (Message-Digest Algorithm 5)，又譯名為：摘要演算法、

雜湊演算法，此方法提出於 1992 年 Ronald L. Rivest (Rivest, 1992 ; 巫坤品、王青青譯, 2004)，此種方法歷經歲月的考驗以及公開的使 用，被公認為安全的加密方式之一。

三、PSNR 值

一張藏入後影像要如何被公定為一張較好的隱藏影像，如果仰賴 肉眼的話，不太客觀，所以有了一套標準，峰值信噪比(PSNR)，是一 個表示信號最大可能功率和影響它的表示精度的破壞性雜訊功率的 比值的工程術語。由於許多信號都有非常寬的動態範圍，峰值信噪比 常用對數分貝單位來表示。

以下簡單介紹常用的影像評量公式：

(一) 影像信號雜訊比(PSNR)：測試影像品質是否失真的公式，PSNR 值越高，則影像品質越好，PSNR 的計算公式如(1)式。

MSE db PSNR

2 10

log 255

= 10

(二) 影像均方差(MSE)：也可以作為影像品質的量測公式，MSE 值 越低，表示兩張影像越相似，MSE 的公式定義如(2)式。

∑

∑

=

−

=

−

=

0

2 1

0

2

) ( )

( 1

m

j

ij ij m

m

MSE α β

在公式(2)中的 MSE(張真誠、黃國峰、陳同孝,2003)為兩張 m*m 灰階數位影像的均方差，m 表示影像的寬度與高度，其中

α

β

stego-image 在座標(i,j)位置上的像素值。

參、實驗方法與步驟

縮後，於更換 VQ 索引的資訊隱藏過程中，先將兩兩配對的編碼字依 照相近的程度排序，並將排序後的編碼字配對賦予序號 W，在藏入資 訊更換索引字步驟中的 W 由小到大進行藏入動作，達到資訊隱藏的目 的。

一、 訓練編碼簿

本研究只取 Non-ROI 部分來做最佳配對優先法，因為 Non-ROI 部 分皆為近黑色，所以在實驗中先挑選 5 張胸部 MRI 影像，以程式擷取 黑色背景 Non-ROI 部分，以此為樣本。使用 LBG 演算法(Linde, Y.,Buzo, A. and Gray, R. M. (1890)來訓練一本內含 256 個編碼字 的編碼簿，而每個編碼字為 4 維的(4 個像素)編碼簿，並選出 5 張 MRI 影像，將每一張影像 Non-ROI 部份切割成 2x2 的區塊，以供實驗使用。

二、 實驗流程圖

門檻值T 抵達門檻值

原始胸部MRI影像P

高度H 未達門檻值

圖 1-1. 偵測高度 H 流程圖

圖 1-1 偵測高度 H 流程圖，如要將原始胸部 MRI 影像 P 劃分出 ROI 與 Non-ROI，本實驗用高度 H 區劃出分界線，而高度 H 是由門檻值 T

來得知，並由門檻值 T 偵測影像從左到右由上到下，直到偵測到高於 門檻值 T 即停止。

原始胸部 MRI影像P

重要區域 ROI 非重要區域

Non-ROI

藏入後胸部MRI 影像P＇

用高度H劃分 用高度H劃分

進行VQ壓縮兼藏入(以 VQ索引替換來藏入資

訊位元串F)

＋

圖 1-2.藏入資訊流程圖

藏入資訊流程如圖 1-2 所示，本研究使用高度 H 劃分 Non-ROI 區 域與 ROI 區域，Non-ROI 根據高度 H 可得知區域的大小。編碼簿為 n 個編碼字(n=編碼簿總數)，而我們使用的編碼簿總數為 256 個編碼 字，再來，將一本 256 個編碼字的編碼簿區分為兩群為 G0 與 G1，持 續動作至 256 個編碼字分配完成，則兩群各為 128 個編碼字，接著將 兩群編碼字進行排序，根據排序後最接近的兩個編碼字賦予序號為 W (W=編碼簿排序最相近的兩群編碼字)，根據 W 來尋找 Non-ROI 部份的 索引碼，再依照 F 來決定是否更改編碼字來藏入。每個編碼字為 2x2 小區塊可藏 1bit，所以區域的大小除以 2x2 即為可藏總量，ROI 與病 人私密資訊 S 需進行 MD5 的驗證產生出 MD5 碼 1(病人私密資訊 S)和 MD5 碼 2(重要區域 ROI)，本研究將病人私密資訊 S、MD5 碼 1、MD5 碼 2 組成資料位元串 F，而這資料位元串要藏入 Non-ROI 的區域。

在圖 1-2~圖 1-4 的流程中，資訊位元串 F 的詳細內容如下：

F= S∥MD5 碼 1∥MD5 碼 2 (∥代表連結) S = 病人私密資訊(5000bits)。

MD5 碼 1 = 病人私密資訊之 MD5 驗證碼(128bits)。

MD5 碼 2 = 胸部 MRI 影像之 ROI 的 MD5 驗證碼(128bits)。

圖 1-3.取出資訊流程圖

取出資訊流程如圖 1-3，使用序號 W 找尋於所有在藏入後胸部 MRI 影像 P'圖中 Non-ROI 區域的索引碼，進行資訊取出，目的是要從 Non-ROI 部分取得資料位元串 F 的索引字，則序號 W 找尋 Non-ROI 部 分完畢後，若索引字的取出不足為資料位元串 F，且 W≦n/2，則令 W=W+1，持續執行取出步驟直到的資訊足夠後，即可得到資料位元串 F。

圖 1-4.MD5 碼驗證流程圖

在如圖 1-4 MD5 碼驗證流程圖取出的過程中，首先把資料位元串 F 中的病人私密資訊 S、MD5 碼 1、MD5 碼 2 取出，而 MD5 碼 1 是在藏 入前對病人私密資訊 S 的驗證碼，取出後的病人私密資訊 S 進行 MD5 碼驗證產生 MD5 碼 1'，MD5 碼 1 與 MD5 碼 1'進行比對，如果相同就 表示病人私密資訊 S 沒被篡改，反言之，比對後不相同則表示病人私 密資訊 S 被篡改。而高度 H 用來記錄影像 MRI 圖中的 Non-ROI 和 ROI。

而 MD5 碼 2 是重要區域 ROI 在藏入前所做的驗證碼，為了確認重要區 域 ROI 在取出之後沒被篡改，因此對取出後的重要區域 ROI 進行驗證 得到 MD5 碼 2'，MD5 碼 2 與 MD5 碼 2'進行比對，如果相同就表示重 要區域 ROI 沒被篡改，不相同則表示重要區域 ROI 被篡改。

三、VQ 壓縮步驟

本研究在進行灰階胸部MRI影像最佳配對優先之VQ資訊隱藏流程 大致分為以下四個階段：

第一階段是將一張灰階胸部MRI影像透過邊緣偵測方式區分為 ROI與Non-ROI 兩個部份，在此階段只需偵測Non-ROI的高度H即可。

第二階段是將第一階段由高度H區分出來的Non-ROI影像部分，進 行VQ壓縮。

第三階段是更換VQ索引碼，在藏入資訊的過程中，依照一本256 個編碼字的編碼簿區分為兩群編碼字進行排序，排序後最接近的兩個 編碼字賦予序號為W，並且依序每一配對指定一個序號W，最相近的第 一對為W=1，第二對則為W=W+1，以此類推。再來，尋找Non-ROI部分 序號為W的索引碼位置，根據F(病人私密資訊 + 2組MD5驗證碼)來決 定是否更換索引碼來藏入，F藏入於影像VQ索引(Non-ROI部分)後，將

第四階段將藏入後的影像P'裡Non-ROI部分I'取出病人私密資訊 及兩組MD5驗證碼，並進行MD5的資訊驗證比對。詳細步驟如下：

第一階段：偵測 Non-ROI 的高度 H

Step1：輸入胸部 MRI 影像，將影像劃分為 2x2 且不重複的小區塊。

Step2：使用邊緣偵測法由左到右，由上到下，偵測每一個小區塊，

小區塊內的像素平均值大於預設的門檻值 T，就將此小區塊 納入後選的集合 C。

Step3：由集合 C 裡頭選出高度最高的小區塊，為其高度為 H。

第二階段：進行 VQ 壓縮

Step1：由高度 H 區分 Non-ROI 跟 ROI 部分。

Step2：位於 H 以上的小區塊為 Non-ROI 部分，位於 H 以下的小區塊 為 ROI 部分。

Step3：將位於 Non-ROI 的小區塊進行 VQ 壓縮並使用 CB(codebook) 編碼簿，其 VQ 壓縮後所有的索引碼之集合為

I。

將 G0 與 G1 兩群編碼字，以兩兩配對的方式，依配對的相似程度 (以尤拉距離衡量) (張真誠 等,2003)進行排序，越相近的排在前 面，並且依序每一配對指定一個序號 W，W 由１開始，則 1≦W≦n/2。

n 為編碼字的總數。

F= S∥MD5 碼 1∥MD5 碼 2 (∥代表連結) S = 病人私密資訊(5000bits)。

MD5 碼 1 = 病人私密資訊之 MD5 驗證碼(128bits)。

MD5 碼 2 = 胸部 MRI 影像之 ROI 的 MD5 驗證碼(128bits)

第三階段：更換 VQ 索引碼以藏入資訊

Step1：根據編碼簿來排序後最相近的兩群編碼字賦予序號為 W，尋 找集合

I

Step2：比較索引碼 i 和在 F 裡的下一個私密位元 b。如果 b=0 且 i 屬於 G0，或者 b=1 且 i 屬於 G1，則索引碼 i 不變，否則替換 索引碼 i 為它的匹配索引碼 j。

Step3：如果

I

到所有 I

Step4：當 F 中仍有私密位元須被藏入且 W≦n/2，讓 W=W+1，再到 Step2 繼續執行。

Step5：當 F 中的秘密位元已全部藏完，即停止。

結果是一個全新壓縮檔

I'內含藏入病人私密資訊 S、MD5 碼 1、MD5

第四階段：VQ 資訊取出及驗證

Step1：從 P'分解出

I'及 ROI 影像區域。

Step2：設 W=1。

Step3：設 W 所代表的一對編碼字，其索引值分別為 w0 與 w1，由左 到右由上到下，尋找

I'裡頭索引碼 i， i 包含於{w0,w1}。

Step4：若 i 屬於 G0，則取出位元 0，若 i 屬於 G1，則取出位元 1。

Step5：重覆 Step3 到 Step4，直到

I'中所有索引碼都檢查過或資訊

Step6：若所需的資訊 F 尚未完全取出，且 W≦n/2，則令 W=W+1，再 到 Step3 繼續執行。

Step7：若 F 已全部取出，即停止。

Step8：將取出的 F 分離出 S 病人私密資訊，MD5 碼 1 及 MD5 碼 2。

Step9：將分離出的病人私密資訊重算一次 MD5 碼 1'，並與 Step8 取出的 MD5 碼 1 做驗證比對。

Step10：將 ROI 影像區域重算一次 MD5 碼 2'，並與 Step8 取出的 MD5 碼 2 進行驗證比對。

第一階段所使用的門檻值 T，經由實驗不斷嘗試取得，在實驗中 發現將 T 值設為 28 能有效劃分 ROI 及 Non-ROI 這兩部份，ROI 內的 影像像素直接輸出，不做任何動作，而 Non-ROI 的影像進行最佳配對 優先之 VQ 資訊隱藏，直到私密資訊都藏入完畢。取出部份在第四階 段從藏入後影像取出 Non-ROI 影像部分與 ROI 部分，Non-ROI 取出私 密資訊進行 MD5 驗證比對，ROI 部分也進行 MD5 驗證比對，比對後如 果無誤代表病人私密資訊及 ROI 區塊並未被破壞及竄改。

四、實驗環境

本研究實驗使用一部 Pentium 4 個人電腦，主記憶體 512MB，作 業系統 Windows XP Pro，其他使用的軟體工具包括:Borland C++

Builder6、PhotoImpact X3 等。實驗所使用的原始影像尺寸為

512x512，8 位元灰階胸部影像 MRI 影像，以 MRI 1 為例(如圖 1-5)，

在實驗時需劃分出 ROI 區塊，它是依據程式步驟的第一階段所描述的 邊緣偵測方式所偵測出的(如圖 1-6，白色邊框內部為 ROI 區塊)。

圖 1-5.原始影像 MRI 1 圖 1-6. MRI 1 偵測出的 ROI

五、實驗結果和討論

本研究主要是將 Lin 等學者的最佳配對優先法之 VQ 壓縮資訊隱 藏技術(Lin, C. N. et al., 2007)應用於胸部 MRI 影像，需藏入的 資訊量為 5,256 bits (包含 5,000bits 病人私密資訊、256bits 的 兩組 MD5 驗證碼)。在實驗過程中，必須先透過原始胸部 MRI 影像，

使用第三節第一階段的邊緣偵測方式來設定 Non-ROI 的高度 H，並依 照高度 H 製作出每一 2x2 的影像小區塊，且需要一本 256 個編碼字的 編碼簿分為兩群各具有 128 個編碼字來做實驗。

圖 1-7. 實驗使用的 5 張原始胸部 MRI 影像

原始影像 MRI 1 原始影像 MRI 2 原始影像 MRI 3

原始影像 MRI 4 原始影像 MRI 5

影像 MRI 1 回復後影 像

影像 MRI 2 回復後影 像

影像 MRI 3 回復後影 像

影像 MRI 4 回復後影像 影像 MRI 5 回復後影像 圖 1-8.影像 MRI 回復後影像

在實驗中，本研究以 MRI 1、MRI 2、MRI 3、MRI 4、MRI 5 等 5 張原始胸部 MRI 影像來做比較。實驗結果的討論包括比較不同的原始 胸部 MRI 影像之資訊隱藏量、回復後影像的品質（以 PSNR 值來衡量）。 詳細結果和討論如下：

1、 資訊隱藏量：

由於本研究只在胸部 MRI 影像的 Non-ROI 部分藏入資料，藏入方 式為每一 2×2 的小區塊可透過更換其 VQ 索引值的方式來藏入 1 個 bits，所以每一張 MRI 影像的最大資訊總藏量，即為其 Non-ROI 部分 的小區塊（2×2）個數，乘以 1 即得。如表 1-1 列出了 5 張實驗所使 用的胸部 MRI 影像的資訊可總藏量，由表 1-1 可知，每張 MRI 影像的 資訊總藏量皆高於 27000 bits 以上，高於本研究所需求的隱藏量 (5,256 bits) 。

表 1-1.胸部 MRI 影像 Non-ROI 區域的可藏總位元量

原始胸部 MRI 影像 MRI 1 MRI 2 MRI 3 MRI 4 MRI 5 可藏總位元量

(Bits) 32256 29184 27648 29184 33782

2、 回復後影像的品質：

研究將 5 張實驗使用的 5 張原始胸部 MRI 影像(如圖 1-7)取出 後回復影像進行 PSNR 值計算，而且用肉眼也看不出有任何明顯失真 (如圖 1-8)，接著將傳統 VQ 壓縮技術與最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏 依序藏入 5,256bits 及全藏後的 PSNR 值做比較，計算結果得藏入 5,256bits 資訊時最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏高於傳統 VQ 壓縮技術 的 PSNR 值(如表 1-2)，則全藏後 PSNR 值近相同(如表 1-3)。另外，

本研究以更換 Non-ROI 內之小區塊的 VQ 索引方式來藏入資訊，假定 資料位元串 F 為一串隨機位元，而更換 VQ 索引碼根據編碼簿尋找最 相近的編碼字(亦即尤拉距離最相近的)(張真誠、黃國峰、陳同 孝,2003)，再以編碼簿的索引碼來代表欲壓縮的 VQ 區塊。因此不管 資訊藏入多寡，藏入後影像品質優於傳統 VQ 壓縮的資訊隱藏技術，

且用肉眼也看不出有任何明顯失真(如圖 1-8)，這特性可降低藏入後 影像被駭客懷疑進而竊取的機會，則 ROI 部分因為保持原樣，未做任 何更改藏入動作，所以不影響醫師對病情的診斷。

表 1-2.取出後回復影像藏入 5,256 之 PSNR 值比較

原始胸部MRI影像 MRI 1 MRI 2 MRI 3 MRI 4 MRI 5 傳統VQ壓縮技術

PSNR(藏5,256bits) 41.26dB 41.21dB 40.93dB 38.95dB 38.40dB 最佳配對優先VQ壓縮

PSNR(藏5,256bits) 41.60dB 41.59dB 41.31dB 39.23dB 38.72dB

表 1-3.取出後的回復影像之全藏 PSNR 值比較

原始胸部MRI影像 MRI 1 MRI 2 MRI 3 MRI 4 MRI 5 傳統VQ壓縮技術

PSNR(全藏) 40.57dB 40.38dB 39.91dB 38.07dB 37.81dB 最佳配對優先VQ壓

縮PSNR(全藏) 40.56dB 40.37dB 39.96dB 38.09dB 37.79dB

3、 從 0 到全藏後的 PSNR 值：

將傳統 VQ 壓縮技術(VQ-JO)與最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏 (VQ-Best-pair)從 0 到全藏，藏入後每階段多加 2,000bits 私密位元 作為依據，比較 PSNR 的差異。

MRI 1

0 20004000 6000 100008000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000

40.00 41.00 42.00

PSNR(dB)

Capacity(bits)

VQ-JO VQ-Best-pair

圖 1-9. MRI 1 折線圖比較 表 1-4. MRI 1 傳統與最佳 PSNR 比較 Hiding

capacities PSNR

bits VQ-JO(dB) VQ-Best-pair(dB)

1000 41.55 41.66

3000 41.40 41.64

5000 41.28 41.61

7000 41.21 41.59

9000 41.15 41.57

11000 41.10 41.53

13000 41.04 41.49

15000 40.99 41.46

17000 40.94 41.42

19000 40.90 41.38

21000 40.84 41.34

23000 40.79 41.29

25000 40.75 41.22

27000 40.71 41.11

29000 40.66 41.02

31000 40.60 40.90

32256 40.57 40.57

MRI 2

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000

40.00 41.00 42.00

PSNR(dB)

Capacity(bits)

VQ-JO VQ-Best-pair

圖 1-10. MRI 2 折線圖比較 表 1-5. MRI 2 傳統與最佳 PSNR 比較 Hiding

capacities PSNR

bits VQ-JO(dB) VQ-Best-pair(dB)

1000 41.52 41.65

3000 41.35 41.62

5000 41.23 41.60

7000 41.15 41.55

9000 41.07 41.51

11000 41.00 41.47

13000 40.92 41.43

15000 40.85 41.38

17000 40.79 41.34

19000 40.72 41.27

21000 40.66 41.20

23000 40.59 41.08

25000 40.53 40.97

27000 40.46 40.86

29000 40.39 40.43

29184 40.39 40.38

MRI 3

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000

39.00 40.00 41.00 42.00

PSNR(dB)

C ap ac ity (b its )

VQ-JO VQ-Best-pair

圖 1-11. MRI 3 折線圖比較 表 1-6. MRI 3 傳統與最佳 PSNR 比較 Hiding

capacities PSNR

bits VQ-JO(dB) VQ-Best-pair(dB)

1000 41.27 41.39

3000 41.11 41.36

5000 40.96 41.32

7000 40.84 41.28

9000 40.73 41.24

11000 40.62 41.18

13000 40.52 41.12

15000 40.43 41.05

17000 40.35 40.97

19000 40.26 40.88

21000 40.19 40.77

23000 40.10 40.67

25000 40.01 40.52

27000 39.93 40.11

27648 39.91 39.96

MRI 4

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000

37.00 38.00 39.00 40.00

PSNR(dB)

Capacity(bits)

VQ-JO VQ-Best-pair

圖 1-12. MRI 4 折線圖比較 表 1-7. MRI 4 傳統與最佳 PSNR 比較 Hiding

capacities PSNR

bits VQ-JO(dB) VQ-Best-pair(dB)

1000 39.21 39.29

3000 39.08 39.27

5000 38.97 39.24

7000 38.88 39.21

9000 38.80 39.19

11000 38.72 39.15

13000 38.65 39.12

15000 38.57 39.06

17000 38.49 39.01

19000 38.42 38.92

21000 38.35 38.85

23000 38.28 38.77

25000 38.22 38.67

27000 38.15 38.44

29000 38.08 38.13

29184 38.08 38.09

MRI 5

20000 40006000 100008000 12000 14000 16000 18000 20000 22000 24000 26000 28000 30000 32000 34000

37.50 38.00 38.50 39.00

PSNR(dB)

Capacity(bits)

VQ-JO VQ-Best-pair

圖 1-13. MRI 5 折線圖比較 表 1-8. MRI 5 傳統與最佳 PSNR 比較 Hiding

capacities PSNR

bits VQ-JO(Db) VQ-Best-pair(dB)

1000 38.64 38.75

3000 38.49 38.74

5000 38.41 38.73

7000 38.36 38.71

9000 38.31 38.69

11000 38.26 38.67

13000 38.22 38.65

15000 38.18 38.62

17000 38.14 38.60

19000 38.11 38.56

21000 38.06 38.53

23000 38.03 38.48

25000 37.99 38.42

27000 37.95 38.36

29000 37.91 38.30

31000 37.88 38.22

33000 37.84 37.90

33792 37.82 37.80

肆、結論

本研究將胸部 MRI 影像區分為兩個影像區塊，將其中一區塊為 Non-ROI 影像進行 VQ 壓縮成為 VQ 索引值。根據最佳配對優先的順序，

進行 VQ 索引的更換以藏入病人的重要資訊。藏入完成後，將藏入後 的 Non-ROI 影像區塊與原始的 ROI 影像區塊結合輸出，由於 ROI 部分 並未做任何更動，因此回復後影像不會影響醫生的診斷。隱藏的資訊 裡藏有病人私密資訊外，另加入兩組 MD5 驗證碼，可進行驗證用來保 護 ROI 影像區塊和病人私密資訊的安全性。

以胸部影像 MRI 1 為例進行傳統 VQ 壓縮及最佳配對優先之 VQ 資 訊隱藏做比較，藏入 5,256(bits)，傳統 VQ 壓縮影像 PSNR 值為 41.26(db)，則最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏影像 PSNR 為 41.60(db)，

在這比較中最佳配對優先法高於傳統 VQ 壓縮 0.34(db)。實驗結果顯 示，最佳配對優先法之 VQ 資訊隱藏應用於保護胸部 MRI 影像，其藏 入後影像品質優於傳統 VQ 壓縮的資訊隱藏技術。

伍、參考文獻

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3. 林其南、鄭霈娸、林政勳、蔡尹禛、謝慧楹 (2008)。VQ 壓縮 之資訊隱藏應用於保護乳房 MRI 影像。中臺學報，Vol. 20, No. 2, Dec. 2008, pp. 15-30。

4. 洪春來 (2003)，一個應用於醫學影像的影像驗證機制，靜宜大 學，資訊管理系碩士論文，pp.1-pp.2。

5. 張真誠、黃國峰、陳孝同 (2003)，電子影像技術，旗標出版股份 有限公司，台北市，pp.64~69。

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7. Fridrich, j., Goljan, M., & Du, R.(2001), Invertible authentication.

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Jose, CA, Jan.

8. Linde, Y., Buzo, A. and Gray, R. M.(1980), An Algorithm for Vector Quantization Design, IEEE Trans. Commun., vol.

28, no. 1, 1980, pp. 84–95.

9. Lin, C. N. and Chang, C. C.(2007): "A Best-pair-first Capacity-distortion Control for Data Hiding on VQ Compression Domain," Proceedings of the Third

International Conference on Intelligent Information Hiding and Multimedia Signal Processing (IIHMSP2007), Kaohsiung, Taiwan, Nov. 2007, Vol. 1, pp. 509-514.

10. Piva, A., Barni, M., Bartolini, F.,& De Rosa, A.(2005), Data hiding technologies for digital radiography.

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11. Rivest, R. L.(1992), The MD5 Message Digest Algorithm.

Internet RFC 1321, 1992.

12. R. M. Gray,“Vector Quantization,＂

IEEE ASSP Magazine

附錄一、工作分配表

分配項目 紀柏誠 徐懿辰 黃冠宗 李侑倫 賴彥霖 林晉業

書面撰寫 * * *

程式設計 * * *

資料收集 * * * * * *

實驗 * * *

簡報製作 * * * * * *

書面匯整 * * * * * *

附錄二、甘特圖

附錄三、專題會議節錄

中台資管系 會議記錄表 2011/02/16

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：冠宗 下次開會：2011/03/09 專題時間固定為每個禮拜三下午兩點，準備報告和問題來開會。

出席者：林其南 老師、柏誠、冠宗、彥霖、晉業、侑倫、懿辰 探討實驗流程：

醫學影像概述：醫學影像是指為了醫療或醫學研究，對人體或人體某部份，

以非侵入方式取得內部組織影像的技術與處理過程，是一種逆問題的推論 演算，即成因(活體組織的特性)是經由結果(觀測影像信號)反推而來。

醫學影像之選擇：醫學影像分別為ＭＲＩ、ＰＥＴ、Ｘ光、超音坡影像。

四種影像大致差異分為兩類，一類是ＭＲＩ、Ｘ光、超音波影像，所提供 的是屬於人體解剖結構方面的資訊，另一類ＰＥＴ影像是有關人體中特定 組織或器官的生理、生化和代謝活動方面的資訊，以及解剖結構的相對位 置。

品質評估方法：嵌入浮水印後之影像及取出浮水印之評估標準不可視之數 位浮水印，所要的要求也就是讓人看不出此影像被加入過浮水印，只要人 的眼睛看不出影像有改變，就可以算是達到要求，一般用來判斷原影像與 加入浮水印之影像的評估標準是採用峰值雜訊比(PSNR，Peak Signal to Noise Ratios)。

*下禮拜三下午兩點開會，及其他相關流程。

中台資管系 會議記錄表 2011/05/04

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：晉業 下次開會：2011/05/11 專題時間固定每個禮拜三下午兩點，準備好報告和問題來開會。

P.S 不克前來，請事先告知

出席者：林其南 老師、柏誠、冠宗、彥霖、晉業、侑倫、懿辰 這次開會是要擬定專題題目以及畫出大概流程圖。

一、 訂定題目：

題目：最佳配對優先之 VQ 資訊隱藏應用於保護胸部 MRI 影像 二、 訂定專題大概流程：

(1)尋找文獻(歷年來有關資訊隱藏論文及報告) 製作方法(LSB VQ 壓縮法) 寫程式 書面報告

*下禮拜三開會，請準備好需要報告的資料，告知進度，老師會解釋方法 以及程式問題。

中台資管系 會議記錄表 2011/05/11

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：侑倫 下次開會：2011/05/18 專題時間固定為每個禮拜三下午兩點，準備報告和問題來開會。

出席者：林其南 老師、冠宗、柏誠、懿辰、彥霖、侑倫、晉業

今天開會老師教學如何使用程式及需要軟體 (一)程式：C++Builder

(二)軟體：(1)Irfan View4.28：沒有檔頭，讀取.raw 檔時，需自行輸 入像素(長*寬)大小，假如輸入錯誤，則圖無法顯示。

(2)010 Editor2.2.0：將圖檔加以分析(可一個位元一個位元 看，還可以將 1Byte 分析為 8bit 來看。

(3)Emeditor8.06：把乳房 MRI 影像分成 16 位元，看程式及 PSNR 質。

(4)PhotoImpact X3：用來剪裁乳房 MRI 影像。

*下禮拜三下午兩點開會，程式相關問題與老師討論，相關軟體應用 的使用方法。

中台資管系 會議記錄表 2011/05/18

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：懿辰 下次開會：2011/05/25 專題時間固定為每個禮拜三下午兩點，準備報告和問題來開會。

出席者：林其南 老師、柏誠、冠宗、彥霖、晉業、侑倫、懿辰

在與組員討論資訊隱藏的時候，找了很多有關於資訊隱藏的部分，例如:

密碼學，通常密碼學會跟資訊隱藏一起使用讓資訊隱藏做到更保密、可逆 式浮水印可以使浮水印做到百分之百的無失真復原，…等。

中台資管系 會議記錄表 2011/7/13

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：柏誠 下次開會：2011/07/20 專題時間固定為每個禮拜三下午兩點，準備報告和問題來開會。

出席者：林其南 老師、柏誠、冠宗、彥霖、晉業、侑倫、懿辰

VQ 壓縮兼隱藏 流程:用邊緣偵測方法將影像區分成 2x2 的小區塊，然後 根據門檻值去尋找在門檻值範圍內的小區塊最高的，即為高度 H。

超越門檻值的區塊即為 ROI 部分，不更動影像，則門檻值內的影像則為 Non-ROI 部分進行 VQ 壓縮。

下禮拜要研討:如何將最佳配對優先法使用於 VQ 壓縮裡頭進行編碼簿排 序轉換。

中台資管系 會議記錄表 2011/7/20

專題名稱：資訊隱藏 本次紀錄：彥霖 下次開會：2011/07/27 專題時間固定為每個禮拜三下午兩點，準備報告和問題來開會。

出席者：林其南 老師、柏誠、冠宗、彥霖、晉業、侑倫、懿辰 探討實驗流程:

以 MRI 1、MRI 2、MRI 3、MRI 4、MRI 5 等 5 張原始胸部 MRI 影像來做 比較。實驗結果的討論包括比較不同的原始胸部 MRI 影像之資訊隱藏量、

回復後影像的品質（以 PSNR 值來衡量）。

*下禮拜三下午兩點開會，及其他相關流程。