一种基于三维小波变换在体数据中嵌入多水印的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三维小波变换在体数据中嵌入多水印的方法，属于多媒体信号处理领域。本发明专利技术的步骤是先进行水印的嵌入，包括：(1)对原始体数据进行三维小波变换、全局余弦变换，在变换系数中提取一个抗几何攻击的特征向量；(2)利用该特征向量和要嵌入的多水印通过Hash函数得到相应的二值逻辑序列，并将该二值序列存于第三方。然后进行多水印提取，包括：(3)对“待测体数据”进行三维小波变换、全局余弦变换，在变换域提取该对象的特征向量；(4)利用Hash函数特性和存在第三方的二值逻辑序列提取多水印。本发明专利技术是基于三维小波变换的体数据多水印嵌入技术，实验证明该算法有较强的抗几何和常规攻击能力。

A method of embedding multiple watermarks in volume data based on 3D wavelet transform

The invention discloses a method for embedding multiple watermarks in volume data based on the three-dimensional wavelet transform, belonging to the multimedia signal processing field. The first step is to embed the watermark, including: (1) three dimensional wavelet transform, global cosine transform on the original data, a feature vector is robust to geometric attacks in transform coefficient in; (2) multi watermarking using the feature vector to be embedded and get the corresponding sequence of two valued logic the Hash function, and the two sequence of values stored in the third party. Then the multi watermark extraction, including: (3) the measured data of 3D wavelet transform, global cosine transform, extract the feature vector of the object in the transform domain; (4) two valued logic sequence extracting watermark using Hash characteristic function and the existence of the third party. The invention is a volume data multi watermark embedding technique based on 3D wavelet transform, and the experiment proves that the algorithm has strong ability of resisting geometric and conventional attack.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于三维小波变换(DWT)和三维余弦变换(DCT)，在体数据中嵌 入多重数字水印技术，是一种多媒体数据保护方法，属于多媒体信号处理领域。
技术介绍
随着数字技术和互联网技术的飞速发展，各种数字媒体如文本、图像、声音、视频 等都可以通过互联网快速方便地进行传输，信息化给人们的生活带了极大的方便；但同时 这也使得这些信息的篡改和盗版等变得非常容易。数字水印是实现对数字作品版权保护的有效手段。因此，该技术成为多媒体信息 安全领域的一个研究热点。但多数研究方向是在图像、音频数字水印。目前在数字水印研究领域中，如何在体数据中嵌入水印的问题，研究较少，因为医 学图像(CT、MRI等)大部分是体数据，这些体数据，原则上是不容许修改其内容的，另外，下 一代图像压缩标准JPEG2000是基于小波变换的，因此对于基于三维DWT、DCT，在体数据中 嵌入多重水印的工作有较大意义，并且要求嵌入的多水印有较强的鲁棒性，其实现难度较 大，目前尚未见报道，尚属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出，并且 该水印算法具有较强的鲁棒性，既能抗击几何攻击又能抗常规攻击，而且水印的嵌入不影 响原始体数据，是一种零水印方式。从而较好的保护了三维体数据的版权。为了实现上述目的，本专利技术是这样进行的先对体数据进行三维小波变换，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 频信息。由于小波变换本身的抗几何攻击能力较差，为此，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”再进行全局余弦变换(DCT)，在DCT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中的Hash函数和“第三方概念” 有机结合起来，实现了基于三维小波变换，抗几何攻击多重数字水印的嵌入。本专利技术所采用 的方法包括水印嵌入和水印提取两大部分，第一部分为水印嵌入，包括(1)通过对体数据 进行三维小波变换，然后对近似系数进行全局DCT变换，得到一个抗几何攻击的特征向量 V(j), (2)根据要嵌入的多重水印Wk(j)，k= 1，2，...，n;n表示嵌入的水印个数，和在体数 据中提取的特征向量V(j)，通过Hash函数运算，生成二值逻辑序列Keyk(j)，然后将二值逻 辑序列Keyk(j)存在第三方；第二部分为多重水印的提取，包括C3)求出待测体数据的抗 几何攻击的特征向量V’ (j)，(4)利用已存在第三方的二值逻辑序列Keyk(j)和待测体数据 的特征向量V’ (j)，提取出多重水印Wk’(j)。现对本专利技术的方法进行详细说明如下第一部分多重水印的嵌入首先用Wk(j)表示要嵌入的多重水印，Wk(j) = {wk(j) |w(j) =0,1；1^ j^L, 1 ^ k ^ η}, L代表要嵌入的一个水印长度，η为嵌入水印的个数。原始体数据记为F = {f(i，j，k) |f(i，j，k) e R;1 彡 i 彡M，1 彡 j 彡 N，1 彡 k彡P)}，其中，f(i，j，k)表示体数 据的体素(Voxel)数据值，类似二维图像中的图像的像素灰度值，设N = M(设切片的长宽 一样)，多重水印的嵌入步骤如下1)通过对原始体数据进行三维小波变换，然后对“近似系数”再进行全局DCT变 换，在DCT的低中频系数中，得到该体数据的一个抗几何攻击的特征向量V(j)； 先对原始体数据F (i，j，k)进行三维DWT小波变换，得到系数矩阵ca_cd (i，j，k)， 再对其中的“近似系数” ca(i，j, k)进行全局DCT变换，得到系数矩阵DF(i，j, k)中，取出 前L个值，并通过对DF(i，j, k)系数进行符号运算得到该体数据的特征向量V(j)，当系数 值为“正”时我们用“1”表示(含“0”的情况)，系数为负时“0”表示(原因见下部分)，主 要过程程序描述如下ca_cd (i，j，k) = DWT3 (F (i，j，k)) ； %对体数据进行三维小波变换DF(i，j,k) = DCT3(ca(i, j,k)) ； %对近似系数进行全局余弦变换V(j) = Sign(DF(i, j, k)) ； %求出一个特征向量2)根据要嵌入的多重水印Wk(j)和已提取的体数据的特征向量V(j)，利用Hash函 数特性，生成二值逻辑序列Keyk (j)Keyk(j)=V(i) Wk(j);k = 1,2, ... ,ηKeyk(J)是由体数据的特征向量V(j)和要嵌入的多水印Wk(j)，通过密码学常用的 Hash函数生成。保存Keyk(j)，在以后提取水印时需用。通过将Keyk(j)作为密钥向第三方 申请，以获得原作品的所有权，达到版权保护的目的。第二部分多重水印的提取3)求出待测体数据的特征向量V’ (j)设待测体数据为F’(i，j，k)，经过小波变换(DWT)，和对其近似系数进行的全局余 弦变换(DCT)，得到系数矩阵DF’(i，j, k)，按上述步骤1)的方法，求得待测体数据的特征 向量V’ (j)，主要步骤描程序描述如下ca_cd，(i，j，k) = DWT3(F' (i, j,k)) ； %对待测体数据进行三维小波变换DF，(i, j,k) = DCT3(ca' (i, j,k)) ； %对近似系数进行全局余弦变换ψ (j) = Sign(DF’(i，j, k)) ； %求出一个特征向量4)在待测体数据中提取出水印Wk’ (j)根据存在第三方的在嵌入水印时生成的Keyk(j)和待测体数据的特征向量V’ (j)， 利用Hash函数性质可以提取出待测图像的多重水印Wk’ (j)。Wk,(j)=Keyk Q) Θ V'(j)再根据Wk(j)和Wk’ (j)的相关程度来判别待测图像的所有者。本专利技术有以下优点首先由于本专利技术是基于三维DWT、三维DCT的数字水印技术，DffT是下一代图像压 缩技术JPEG2000的核心，DCT是现在最流行图像压缩JPEG的核心，因此，该算法现在和将 来的压缩软件都有较好的兼容性，并且多重水印的嵌入和提取是在频域中进行，通过后面的实验数据证实，该水印不仅有较强的抗常规攻击能力，而且有较强的抗几何攻击能力；其 次，嵌入的多重水印不影响原始体数据的内容，是一种零水印技术。这个特性尤其是在医疗 图像等方面具有较大的实用价值，使用范围广。以下我们从理论基础和实验数据说明1)三维离散小波变换(DWT)三维小波变换的一层分解过程如附图说明图1所示，图1中的L、H分别表示序列经过低频 和高频滤波之后得到的低频成分和高频成分，与二维图像的小波变换类似，体数据经过三 维小波变换后，被分解成一个代表体数据低频特性的“近似系数” LLL1 (低频三维子带)，和 该体数据的高频信息的“细节系数”(高频三维子带)，下标“1”表示是三维DWT的第一层 分解；一个体数据的三维小波变换(两层)的例子见图2，图2(a)为体数据的一个切片，图 2(b)为体数据的三维成像，图2(c)为体数据的三维小波变换(两层)。2)体数据的抗几何攻击的特征向量V(j)提取目前大部分水印算法抗几何攻击能力差的主要原因是人们将数字水印嵌入在本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种基于三维小波变换在体数据中嵌入多水印的方法，其特征在于：基于三维小波变换及抗几何攻击的特征向量的提取，将水印技术、密码学中的Ｈａｓｈ函数特性和“第三方”概念有机结合起来，实现了基于三维小波变换在体数据中嵌入多重数字水印，该方法共分两个部分，共计四个步骤：第一部分是多重水印嵌入：通过对多重水印的嵌入操作，得到相应的二值逻辑序列Ｋｅｙｋ（ｊ）；１）对原始体数据进行三维小波变换，再对近似系数进行三维全局余弦变换，在余弦变换系数中，根据低中频系数的符号序列来得到该体数据的一个抗几何攻击的特征向量Ｖ（ｊ）；２）利用Ｈａｓｈ函数和要嵌入的多重水印Ｗｋ（ｊ），ｋ＝０，１，２，．．．，ｎ；得到二值逻辑序列Ｋｅｙｋ（ｊ），保存Ｋｅｙｋ（ｊ），下面提取水印时要用到，通过把Ｋｅｙｋ（ｊ）作为密钥向第三方申请，以获得对原体数据的所有权；第二部分是多重水印提取：通过二值逻辑序列Ｋｅｙｋ（ｊ）和待测体数据的抗几何攻击的特征向量Ｖ’（ｊ），提取出多重水印Ｗｋ’（ｊ）；３）对“待测体数据”进行三维小波变换和对近似系数进行全局ＤＣＴ变换；在变换系数中，根据低中频系数的符号提取出“待测体数据”的一个抗几何攻击的特征向量Ｖ’（ｊ）；４）利用Ｈａｓｈ函数性质，和存在第三方的Ｋｅｙｋ（ｊ），提取出水印，（ｍａｔｈ）??（ｍｒｏｗ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｗ（／ｍｉ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＝（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｋｅｙ（／ｍｉ）?（ｍｉ）ｋ（／ｍｉ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）＆ＣｉｒｃｌｅＰｌｕｓ；（／ｍｏ）?（ｍｓｕｐ）?（ｍｉ）Ｖ（／ｍｉ）?（ｍｏ），（／ｍｏ）?（／ｍｓｕｐ）?（ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）（（／ｍｏ）?（ｍｉ）ｊ（／ｍｉ）?（ｍｏ））（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（ｍｏ）；（／ｍｏ）?（／ｍｒｏｗ）?（／ｍａｔｈ）将Ｗｋ（ｊ）和Ｗｋ’（ｊ）进行归一化相关系数计算，来确定“待测体数据”的所有权。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李京兵，杜文才，
申请(专利权)人：海南大学，
类型：发明
国别省市：66