[发明专利]基于三维DCT感知哈希和混沌的体数据鲁棒多水印算法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于三维DCT感知哈希和混沌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（MedicalImageWatermarking,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有较大意义，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。

总之，在三维体数据中嵌入鲁棒多水印的研究较少，对于基于感知哈希的体数据多水印技术的研究目前尚属空白，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感知哈希和混沌置乱，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。

本发明的原理是：首先对医用体数据进行全局3D-DCT变换，选取前4×4×2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，并将多重水印与该感知哈希值相关联，利用感知哈希的鲁棒性多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LogisticMap产生混沌序列对多水印进行混沌置乱和还原，提高水印的安全性；采用三维DCT变换与反变换，获得体数据的哈希值。即：基于全局三维DCT变换，在三维DCT变换系数中选取前4×4×2个系数，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。该哈希值具有抗几何攻击的能力，并将感知哈希、密码学哈希有机结合起来，实现了体数据的鲁棒多数字水印技术。本发明所采用的方法包括多水印的混沌置乱、多水印的嵌入、提取和还原四大部分，第一部分为水印的混沌置乱，包括：（1）通过LogisticMap产生混沌序列X(j)；（2）根据X(j)对多水印进行置乱，得到混杂置乱的水印BW^g(i,j)；第二部分为水印的嵌入，包括：（3）通过三维DCT感知哈希算法，得到原始体数据的鲁棒感知哈希H(j)，（4）利用密码学HASH函数性质，嵌入多重混沌置乱后的水印BW^g(i,j)，生成含多水印信息的二值密钥序列Key^g(i,j)，然后将二值逻辑序列Key^g(i,j)存在第三方；第三部分为水印的提取，包括：（5）求出待测体数据的感知哈希值H’(j)，（6）利用存在于第三方的二值逻辑密钥序列Key^g(i,j)和待测体数据的感知哈希值H’(j)，提取出多水印BW^g’(i,j)；第四部分为水印的还原，包括：（7）应用LogisticMap，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：

首先选择一组有意义的二值图像作为要嵌入医学体数据的多水印，记为W^g={w^g(i,j)|w^g(i,j)=0,1;1≤i≤M1,1≤j≤N1}；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M1=M2，M=N。

第一部分：对水印的混沌置乱