一种云环境下加密医学体数据鲁棒水印实现方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种云环境下加密医学体数据鲁椿数字水印技术，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
[0002] 利用互联网可W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，为保护患者的个人隐私，使医学图像在传输过程中不被篡改，则需 要对医学图像进行加密；另外，在云端存储医学图像时，为了在使用云服务时保护数据隐 私，也需要对医学图像进行加密，并希望云计算能在密文域完成图像分析。而且，为了使病 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，我们需要将该些 信息作为水印嵌入到加密的医学图像中。图像加密和数字水印的结合既能保证安全传输， 又能实现信息认证，在实际应用中具有十分重要的用途。
[0003] 数字水印技术最初是用于数字媒体的版权保护，现在利用数字水印的不可见性、 鲁椿性等特点，可W把病人的个人信息隐藏在其医学图像中，W保证它在互联网上的安全 传输。因此，在数字图像被广泛应用于网络传输中的情况下，在针对数字图像加密和数字水 印结合算法的研究变得极为重要。
[0004]目前对于加密图像的数字水印算法的研究较少，对于抗几何攻击的加密体数据的 数字水印算法的研究更少。而=维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，因此研究如何在加密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。该又为在体数据中嵌入水印提高了难度。
[0005] 总之，在=维加密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 字水印的方法，目前尚属空白，未见公开报道。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提出一种云环境下加密医学体数据鲁椿水印实现方法，实现既能 抗击几何攻击又能抗击常规攻击的加密体数据数字水印嵌入与提取方法，它有较高的鲁椿 性，并且水印的嵌入不影响原始加密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 =维体数据。
[0007] 本发明的原理是；首先对体数据在频域进行符号加密，然后对加密后的体数据进 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，并将水印与该 特征向量相关联，利用加密图像特征向量的鲁椿性实现数字水印的常规攻击和几何攻击。
[0008] 为了实现上述目的，本发明是该样进行的；首先对体数据进行S维DCT，应用 LogisticMap产生一组实数值混浊序列，然后通过定义一个阔值函数得到一个符号序列， 将体数据的DCT系数与符号序列进行点乘，再进行DCT反变换，实现在频域对体数据的加 密。本发明所采用的方法包括体数据的加密、水印的嵌入、提取=大部分，第一部分为体 数据的加密，包括；（1)通过LogisticMap产生混浊序列X(j) ; (2)利用实数值混浊序列 X(j)，通过定义一个阔值函数Sign而得到一个符号序列，按体数据S维矩阵F(i，j，k)的 大小构成符号矩阵S(i，j，k) ;(3)对体数据F(i，j，k)进行3D-DCT变换，得到系数矩阵 FD(i，j，k) ;(4)将体数据的DCT系数矩阵与符号矩阵S(i，j，k)进行点乘，得到I(i，j，k); (5)对I(i，j，k)进行3D-DCT逆变换，得到加密后的体数据EF(i，j，k)。第二部分为水印的 嵌入，包括；(6)通过对加密体数据进行全局=维DCT变换，得到一个抗几何攻击的特征向 量V(j)，（7)根据二值水印BW(i，j)和提取的加密体数据的特征向量V(j)，经过化sh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=方； 第=部分为水印的提取，包括；(8)求出待测加密体数据的特征向量V'（j)，（9)利用存在 于第=方的二值逻辑密钥序列Key(i，j)和待测加密体数据的特征向量V'（j)，提取出水印 BW'（ij)。
[0009] 现对本发明的方法进行详细说明如下：
[0010] 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, _]?) |w(i, _]?) = 0, 1 ;1《i《Ml, 1《j《M2};同时，选取Matl油中自带的一个MRI体 数据作为原始医学体数据，表示为；F={f(i，j，k)If(i，j，k)GR;1《i《M，1《j《N， 1《k《巧。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，该类似二维图像中的像素灰度值，方便起见，设Ml=M2,M=N。
[0011] 第一部分；体数据的加密
[0012] 1)通过LogisticMap生成混浊序列；
[0013] 由初始值X。通过LogisticMap混浊系统生成混浊序列X(j)。
[0014] 2)得到符号序列；
[0015] 利用混浊序列X(j)，通过定义一个阔值函数Sign而得到一个符号序列，再按体数 据的大小构成符号矩阵S(i，j，k)，1《i《M，1《j《N，1《k《P。
[0016]
【主权项】
1. 一种云环境下加密医学体数据鲁棒水印实现方法，其特征在于：基于全局三维DCT 变换，得到加密医学体数据的抗几何攻击的特征向量，并与水印技术有机结合起来，实现了 加密医学体数据数字水印的抗几何攻击和常规攻击，该体数据数字水印实现方法共分三个 部分，共计九个步骤： 第一部分是体数据的加密： 1) 通过Logistic Map产生混纯序列X (j); 2) 利用实数值混沌序列X (j)，通过定义一个阈值函数Sign而得到一个符号序列，按体 数据的大小构成符号矩阵S(i，j，k); 3) 对体数据进行3D-DCT，得到系数矩阵D(i，j，k); 4) 体数据的DCT系数矩阵与符号矩阵进行点乘，得到I (i，j，k); 5) 对I (i，j，k)进行3D-IDCT，得到加密后的体数据； 第二部分是水印的嵌入： 6) 通过对加密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); 7) 根据二值水印BW(i，j)和提取的加密体数据的特征向量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， Key(i,j) =V(j) ?Bff(i,j)； 第三部分是水印的提取： 8) 求出待测加密体数据的特征向量V'（j); 9) 利用存在于第三方的二值逻辑密钥序列Key(i，j)和待测加密体数据的特征向量 V'（j)，提取出水印 BW'（i，j)，BW'（i，j) = Key(i，j) ? V'（j); 将BW(i，j)和BW'（i，j)进行归一化相关系数计算，来确定医学体数据的所有权。
【专利摘要】本发明公开了一种云环境下加密医学体数据数字水印技术，属于多媒体信号处理领域。本发明的步骤是：首先利用Logistic Map的性质在频域对体数据进行符号加密；然后通过对加密体数据进行3D-DCT变换提取一个特征向量来进行水印的嵌入，将特征向量与二值水印相关联得到一个二值逻辑序列，并将该二值序列存于第三方；再通过对待加密测体数据进行3D-DCT变换提取其特征向量，并与存于第三方的二值序列相关联来进行水印的提取。本发明是基于三维DCT的加密体数据数字水印技术，有较好的鲁棒性，水印的嵌入不改变原始加密体数据的内容，是一种零水印技术。
【IPC分类】G06T1-00
【公开号】CN104867101
【申请号】CN201510338352
【发明人】李京兵, 陈延伟, 傅蔚斌, 涂蓉
【申请人】海南大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年6月18日