[发明专利]基于三维DWT-DCT感知哈希的体数据多水印方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维DWT-DCT感知哈希的体数据多数字水印技术，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多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多数字水印意义重大，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多水印提高了难度。

另外，下一代图像压缩标准JPEG2000是基于小波变换的。因此，对利用三维DWT-DCT感知哈希，在体数据中嵌入水印的工作有较大意义。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于三维DWT-DCT感知哈希，实现既能抗击几何攻击又能抗击常规攻击的体数据多水印嵌入与提取方法，它有较高的鲁棒性，并且多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。

为了实现上述目的，本发明是这样进行的：首先对医用体数据进行全局3D-DWT变换，得到“近似系数”和“细节系数”，这类似二维图像的小波变换，“近似系数”代表体数据的低频特性，反映的是体数据的主要外部轮廓；“细节系数”代表体数据的高频特性，反映的是体数据的高频细节信息。小波变换本身的抗几何攻击能力较差，因此，我们先对体数据进行三维小波变换(DWT)，然后再对反映低频特性的“近似系数”进行全局余弦变换(DCT)，选取前4×4×4个系数，再进行反变换，3D-IDCT，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。感知哈希具有鲁棒性和不可感知性，将多重水印序列与提取的感知哈希值相关联，实现多水印嵌入与提取；

现对本发明的方法进行详细说明如下：

首先选择一组有意义的二值序列作为要嵌入医学体数据的多水印，记为W^g={w^g(j)|w^g(j)=0,1;1≤j≤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：多水印的嵌入

1）通过三维DWT-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)；

先对原始体数据F(i,j,k)进行三维小波变换，得到逼近子图系数FA_L，再对逼近子图FA_L进行全局三维DCT变换，得到DWT-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)，再对选取出的系数矩阵FD₄(i,j,k)进行三维反DCT变换，得到反变换后的系数FID(i,j,k)，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)。主要过程描述如下：

FA_L(i,j,k)=DWT3(F(i,j,k))

FD₄(i,j,k)=DCT3(FA_L(i,j,k))

FID(i,j,k)=IDCT3(FD₄(i,j,k))