[发明专利]一种基于三维DCT和混沌置乱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变换和混沌置乱的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

利用互联网可以实现远程医疗诊断，但通过互联网传输病人的医用图像时，可能会泄露病人的个人信息，如何保护患者的个人隐私、使得病人的CT、MRI等医用图像上的个人信息、病人的电子病历等数据不被泄露，这一问题随着互联网的普及变得日益严重。医学图像数字水印技术（Medical Image Watermarking,简称MIW）可以有效地解决这一问题。

数字水印技术最初是用于互联网上的数字媒体的版权保护，现在利用数字水印的不可见性、鲁棒性等特点，可以把病人的个人信息隐藏在其医学图像中，以保证它在互联网上的安全传输。医学图像数字水印的出现，使得远程医疗诊断、远程手术所需的相关病人资料在互联网上传输时，可以有效的保护病人的隐私，避免病人的资料被篡改。

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：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中嵌入数字水印意义重大，并且对于医学体数据，一般是不允许修改其内容的。这又为在体数据中嵌入水印提高了难度。

总之，在三维体数据中嵌入可抗旋转、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变换和Logistic Map混沌置乱，实现既能抗击几何攻击又能抗击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的体素数据值，是一种零水印方案，从而较好的保护了三维体数据。

本发明的原理是：首先利用Logistic Map对水印信息进行预处理，再对医用体数据进行全局3D-DCT变换，在3D-DCT变换系数中提取一个抗几何攻击的特征向量，并将预处理后的水印与该特征向量相关联，利用特征向量的鲁棒性实现了数字水印的抗几何和常规攻击。

为了实现上述目的，本发明是这样进行的：应用Logistic Map产生混沌序列对二值的水印图像W(i,j)进行混沌置乱和还原，提高水印的安全性；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的混沌置乱、嵌入、提取和水印还原四大部分，第一部分为水印的混沌置乱，包括：（1）通过Logistic Map产生混沌序列X(j)；（2）根据X(j)对二值的水印图像W(i,j)进行置乱，得到混沌置乱的水印BW(i,j)；第二部分为水印的嵌入，包括：（3）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)，（4）根据混沌置乱的水印BW(i,j)和提取的体数据的特征向量V(j)，通过Hash函数运算，生成一个二值逻辑密钥序列Key(i,j)，然后将二值逻辑序列Key(i,j)存在第三方；第三部分为水印的提取，包括：（5）求出待测体数据的特征向量V’(j)，（6）利用存在于第三方的二值逻辑密钥序列Key(i,j)和待测体数据的特征向量V’(j)，提取出水印BW’(i,j)；第四部分为水印的还原，包括：（7）应用Logistic Map，得到相同的混沌序列X(j)，（8）通过X(j)对水印进行还原。

现对本发明的方法进行详细说明如下：

首先选择一个有意义的二值图像作为要嵌入医学体数据的水印，记为W={w(i,j)|w(i,j)=0,1;1≤i≤M1,1≤j≤M2}；同时，选取Matlab中自带的一个MRI体数据作为原始医学体数据，表示为：F={f(i,j,k)|f(i,j,k)∈R;1≤i≤M,1≤j≤N，1≤k≤P}。其中，w(i,j)和f(i,j,k)分别表示水印的像素灰度值和原始医学体数据的体素（Voxel）数据值，这类似二维图像中的像素灰度值，方便起见，设M1=M2，M=N。

第一部分：水印的混沌置乱

1）通过Logistic Map生成混沌序列；

由初始值x₀通过Logistic Map混沌系统生成混沌序列X(j)。

2）得到混沌置乱的水印；

首先，将混沌序列X(j)中的值按照由小到大的顺序进行排序，然后根据X(j)中各个值排序前后的位置变化对水印像素的位置空间进行置乱，得到混沌置乱的水印BW(i,j)。