[发明专利]一种基于三维DCT抗几何攻击的体数据水印实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维DCT变换和体数据图像特征的数字水印技术，是一种多媒体数据保护方法，属于多媒体信号处理领域。

技术背景

随着数字技术和互联网技术的飞速发展，各种数字媒体如文本、图像、声音、视频等都可以通过互联网快速方便地进行传输，信息化给人们的生活带了极大的方便；但同时这也使得这些信息的篡改和盗版等变得非常容易。

如何对数字产品版权进行保护和网络信息安全维护已经成为当务之急。数字水印技术作为有效的手段，实现对数字作品的版权保护。因此，该技术成为多媒体信息安全领域的一个研究热点。但多数研究方向是在图像数字水印、音频数字水印和视频数字水印。

目前对于抗几何攻击的体数据数字水印算法的研究较少。而体数据在医学图像中大量存在，如：医学图像(CT、MRI图像)都是由切片组成的体数据，因此研究如何在体数据嵌入数字水印意义重大，并且对于医学图像，一般是不允许修改的。这又为在体数据中嵌入水印技术提高了难度。

总之，在三维体数据中嵌入抗旋转、缩放、平移、剪切、扭曲等几何攻击的数字水印的算法，目前尚属空白，未见公开报道。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于三维DCT变换，实现了既能抗击几何攻击又能抗常规攻击的体数据数字水印嵌入与提取方法，它有较高的鲁棒性，并且水印的嵌入不影响原始体数据，是一种零水印方式。从而较好的保护了三维体数据的版权。

为了实现上述目的，本发明是这样进行的：基于全局三维DCT变换(这里对于体数据，没有分成小的立体块进行三维DCT变换)，在三维DCT变换系数中，提取一个抗几何攻击的特征向量，并将水印技术与密码学有机结合起来，实现了数字水印的抗几何和常规攻击。本发明所采用的方法包括水印嵌入和水印提取两大部分，第一部分为水印嵌入，包括：(1)通过对体数据进行全局三维DCT变换，得到一个抗几何攻击的特征向量V(j)，(2)根据水印W(j)和提取的体数据的特征向量V(j)通过Hash函数运算，生成一个二值逻辑序列Key(j)，然后将二值逻辑序列Key(j)，存在第三方；第二部分为水印提取，包括：(3)求出待测体数据的特征向量V’(j)，(4)利用存在第三方的二值逻辑序列Key(j)和待测体数据的特征向量V’(j)，提取出水印W’(j)。

现对本发明的方法进行详细说明如下：

第一部分：通过水印的嵌入操作，得到二值逻辑序列Key(j)

首先用一组可以代表版权信息的二值伪随机序列W，W＝{w(j)|w(j)＝0，1；1≤j≤L}作为数字水印，原始体数据记为F＝{f(i，j，k)|f(i，j，k)∈R；1≤i≤M，1≤j≤N，1≤k≤P)}，其中，w(j)和f(i，j，k)分别表示水印序列及体数据的体素(Voxel)数据值，这类似二维图像中的像素灰度值，设N＝M(设切片的长宽一样)，水印的嵌入如下：

1)通过对原始体数据进行全局三维DCT变换，得到该体数据的一个特征向量V(j)；

先对原始体数据F(i，j，k)进行全局三维DCT变换，得到三维DCT系数矩阵FD(i，j，k)，再从三维DCT系数矩阵FD(i，j，k)中，取出前L个值，并通过对三维DCT系数符号运算得到该体数据的特征向量V(j)，具体做法是当DCT系数为正是我们用“1”表示，系数为负或零时用“0”表示(原因见下部分)，程序过程描述如下：

FD(i，j，k)＝DCT3(F(i，j，k))

V(j)＝Sign(FD(i，j，k))

2)根据水印W(j)和体数据的特征向量V(j)生成一个二值逻辑序列Key(j)

Key(j)=V(j)⊕W(j)]]>

Key(j)是由体数据的特征向量V(j)和水印W(j)，通过密码学常用的HASH函数生成。保存Key(i)，在以后提取水印时需用。通过将Key(j)作为密钥向第三方申请，以获得原作品的所有权，达到版权保护的目的。

第二部分：水印的提取