[发明专利]一种基于三维DCT感知哈希的体数据鲁棒水印实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维DCT感知哈希的体数据数字水印技术，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，医学体数据在网络上进行远程传输时，记录在医学图片上的病人的个人信息，很容易被泄露。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。现今的加密方法和访问控制已很难满足医学体数据信息安全的要求，若把个人信息作为数字水印嵌入在医学图片中，即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。

本发明利用体数据的感知哈希函数，实现了体数据的水印嵌入与提取，并且是一种零水印的方法，该算法有较好的抗几何攻击和常规攻击能力，有较大的研究意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于三维DCT感知哈希的体数据数字水印方法，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。

本发明的基本原理是：首先对医用体数据进行全局3D-DCT变换，选取低频部分的前4×4×4个系数，再进行3D-IDCT变换，然后在反变换后的系数中提取一个鲁棒的感知哈希值，并将水印序列与该感知哈希值相关联，利用感知哈希值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，本发明所采用的方法包括水印嵌入和提取两大部分，第一部分为水印的嵌入，包括：（1）通过三维DCT感知哈希算法，得到原始体数据的一个抗几何攻击的感知哈希值H(j)，（2）利用密码学HASH函数，生成含水印信息的二值密钥序列Key(j)，然后将二值逻辑序列Key(j)存在第三方；第二部分为水印的提取，包括：（3）通过三维DCT感知哈希算法求出经过攻击后待测水印感知哈希值H’(j)，（4）利用存在于第三方的二值逻辑密钥序列Key(j)和待测体数据的感知哈希值H’(j)，提取出水印W’(j)。

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序列作为要嵌入医学体数据的水印，记为W={w(j)|w(j)=0,1;1≤i≤L}；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，f(i,j,k)表示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M=N。

第一部分：水印的嵌入

1）通过对体数据进行三维DCT变换和反变换IDCT，得到原始体数据的一个鲁棒感知哈希值H(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)，在系数矩阵FD(i,j,k)中选取前4×4×4个系数FD₄(i,j,k)，再对选取的系数进行三维反DCT变换，求取反变换后系数的平均值，然后将每个反变换后的系数与平均值进行比较，进行二值量化处理，大于或等于平均值，记为1；小于平均值，记为0，得到体数据的感知哈希值H(j)，其主要过程描述如下：

FD₄(i,j,k)=DCT3(F(i,j,k))

FID(i,j,k)=IDCT3(FD₄(i,j,k))

H(j)=BINARY(FID(i,j,k))

2）利用密码学HASH函数，生成含水印信息的二值密钥序列Key(j)；

Key(j)=H(j)⊕W(j)