L. Novamizanti, A. B. Suksmono, D. Danudirdjo, Gelar Budiman
{"title":"Robust and Imperceptible Watermarking on Medical Images using Coefficient Pair Modification","authors":"L. Novamizanti, A. B. Suksmono, D. Danudirdjo, Gelar Budiman","doi":"10.31436/iiumej.v24i1.2597","DOIUrl":null,"url":null,"abstract":"Sensitive data including medical images and electronic patient records (EPR) have potential value in the era of big data and telemedicine applications. Distribution of medical images and EPR over public networks requires a high level of privacy and security. Robust and imperceptible watermarking techniques are needed to provide copyright preservation for medical images and protect patient information security. This paper improves the technique of Coltuc et al. by modifying the discrete cosine transform (DCT) coefficient pairs in the watermark embedding formula. Our proposed formula ensures that the difference between the two coefficients is at least ????. If the difference between the two coefficients is less than ????, then the new pixels are modified so that the difference is equal to ????. The proposed method was evaluated on a variety of medical images, including X-ray, CT, US, MRI, and Colonoscopy, and compared to numerous robust watermarking techniques of the recent time. The experimental results demonstrate that the suggested method outperforms contemporary robust watermarking techniques in terms of imperceptibility, robustness, and security. The peak signal noise ratio (PSNR) for all modalities of watermarked medical images exceeds 54 dB, and the average PSNR is approximately 56 dB. The proposed method is outstanding compared to Coltuc's method due to a 93% and 14% increase in bit error rate (BER) and normalized correlation (NC), respectively. Our work is superior to various state-of-the-art robust watermarking techniques, allowing it to be employed effectively in medical applications.\nABSTRAK: Data sensitif termasuk imej perubatan dan rekod pesakit elektronik (EPR) mempunyai potensi nilai dalam era aplikasi data besar dan teleperubatan. Pengedaran imej perubatan dan EPR melalui rangkaian awam memerlukan tahap privasi dan keselamatan yang tinggi. Teknik penanda air yang mantap dan tidak dapat dilihat diperlukan untuk menyediakan pemeliharaan hak cipta untuk imej perubatan dan melindungi keselamatan maklumat pesakit. Kertas kerja ini menambah baik teknik Coltuc et al. dengan mengubah suai pasangan pekali transformasi kosinus diskret (DCT) dalam formula pembenaman tera air. Formula yang dicadangkan kami memastikan bahawa perbezaan antara dua pekali adalah sekurang-kurangnya ????. Jika perbezaan antara dua pekali kurang daripada ????, maka piksel baharu diubah suai supaya perbezaannya sama dengan ????. Kaedah yang dicadangkan telah dinilai pada pelbagai imej perubatan, termasuk X-ray, CT, US, MRI, dan Kolonoskopi, dan dibandingkan dengan banyak teknik penanda air yang mantap pada masa terkini. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa kaedah yang dicadangkan mengatasi teknik penanda air teguh kontemporari dari segi ketidakjelasan, keteguhan dan keselamatan. Nilai PSNR untuk semua modalitas imej perubatan bertanda air melebihi 54 dB, dan nilai purata PSNR adalah lebih kurang 56 dB. Kaedah yang dicadangkan adalah cemerlang daripada kaedah Coltuc kerana masing-masing peningkatan 93% dan 14% dalam BER dan NC. Kerja kami lebih unggul daripada pelbagai teknik penanda air teguh terkini, membolehkan ia digunakan dengan berkesan dalam aplikasi perubatan.","PeriodicalId":13439,"journal":{"name":"IIUM Engineering Journal","volume":"12 1","pages":""},"PeriodicalIF":0.6000,"publicationDate":"2023-01-04","publicationTypes":"Journal Article","fieldsOfStudy":null,"isOpenAccess":false,"openAccessPdf":"","citationCount":"0","resultStr":null,"platform":"Semanticscholar","paperid":null,"PeriodicalName":"IIUM Engineering Journal","FirstCategoryId":"1085","ListUrlMain":"https://doi.org/10.31436/iiumej.v24i1.2597","RegionNum":0,"RegionCategory":null,"ArticlePicture":[],"TitleCN":null,"AbstractTextCN":null,"PMCID":null,"EPubDate":"","PubModel":"","JCR":"Q3","JCRName":"ENGINEERING, MULTIDISCIPLINARY","Score":null,"Total":0}
引用次数: 0
Abstract
Sensitive data including medical images and electronic patient records (EPR) have potential value in the era of big data and telemedicine applications. Distribution of medical images and EPR over public networks requires a high level of privacy and security. Robust and imperceptible watermarking techniques are needed to provide copyright preservation for medical images and protect patient information security. This paper improves the technique of Coltuc et al. by modifying the discrete cosine transform (DCT) coefficient pairs in the watermark embedding formula. Our proposed formula ensures that the difference between the two coefficients is at least ????. If the difference between the two coefficients is less than ????, then the new pixels are modified so that the difference is equal to ????. The proposed method was evaluated on a variety of medical images, including X-ray, CT, US, MRI, and Colonoscopy, and compared to numerous robust watermarking techniques of the recent time. The experimental results demonstrate that the suggested method outperforms contemporary robust watermarking techniques in terms of imperceptibility, robustness, and security. The peak signal noise ratio (PSNR) for all modalities of watermarked medical images exceeds 54 dB, and the average PSNR is approximately 56 dB. The proposed method is outstanding compared to Coltuc's method due to a 93% and 14% increase in bit error rate (BER) and normalized correlation (NC), respectively. Our work is superior to various state-of-the-art robust watermarking techniques, allowing it to be employed effectively in medical applications.
ABSTRAK: Data sensitif termasuk imej perubatan dan rekod pesakit elektronik (EPR) mempunyai potensi nilai dalam era aplikasi data besar dan teleperubatan. Pengedaran imej perubatan dan EPR melalui rangkaian awam memerlukan tahap privasi dan keselamatan yang tinggi. Teknik penanda air yang mantap dan tidak dapat dilihat diperlukan untuk menyediakan pemeliharaan hak cipta untuk imej perubatan dan melindungi keselamatan maklumat pesakit. Kertas kerja ini menambah baik teknik Coltuc et al. dengan mengubah suai pasangan pekali transformasi kosinus diskret (DCT) dalam formula pembenaman tera air. Formula yang dicadangkan kami memastikan bahawa perbezaan antara dua pekali adalah sekurang-kurangnya ????. Jika perbezaan antara dua pekali kurang daripada ????, maka piksel baharu diubah suai supaya perbezaannya sama dengan ????. Kaedah yang dicadangkan telah dinilai pada pelbagai imej perubatan, termasuk X-ray, CT, US, MRI, dan Kolonoskopi, dan dibandingkan dengan banyak teknik penanda air yang mantap pada masa terkini. Keputusan eksperimen menunjukkan bahawa kaedah yang dicadangkan mengatasi teknik penanda air teguh kontemporari dari segi ketidakjelasan, keteguhan dan keselamatan. Nilai PSNR untuk semua modalitas imej perubatan bertanda air melebihi 54 dB, dan nilai purata PSNR adalah lebih kurang 56 dB. Kaedah yang dicadangkan adalah cemerlang daripada kaedah Coltuc kerana masing-masing peningkatan 93% dan 14% dalam BER dan NC. Kerja kami lebih unggul daripada pelbagai teknik penanda air teguh terkini, membolehkan ia digunakan dengan berkesan dalam aplikasi perubatan.
在大数据和远程医疗应用时代,包括医学图像和电子病历(EPR)在内的敏感数据具有潜在价值。在公共网络上分发医学图像和EPR需要高度的隐私和安全性。为了保护医学图像的版权,保护患者信息安全,需要鲁棒性和不易察觉的水印技术。本文通过修改水印嵌入公式中的离散余弦变换(DCT)系数对,改进了Coltuc等人的技术。我们提出的公式确保两个系数之间的差值至少为????。如果两个系数之差小于????,然后修改新像素,使差值等于????。该方法在各种医学图像上进行了评估,包括x射线、CT、US、MRI和结肠镜检查,并与最近的许多鲁棒水印技术进行了比较。实验结果表明,该方法在不可感知性、鲁棒性和安全性方面优于现有的鲁棒水印技术。水印医学图像的峰值信噪比(PSNR)均超过54 dB,平均PSNR约为56 dB。与Coltuc的方法相比,该方法的突出之处是误码率(BER)和归一化相关性(NC)分别提高了93%和14%。我们的工作优于各种最先进的鲁棒水印技术,使其能够有效地用于医疗应用。摘要/ abstract摘要:数据敏感术语指的是远程数据传输和远程数据传输(EPR)的数据传输潜力,是一种应用于远程数据传输的技术。Pengedaran imej perubatan dan EPR melalui rangkaian awam memerlukan tahap privasi dan keselamatan yang tinggi。北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京航空公司,北京北京。Kertas kerja ini menambah baik teknik coltuk等。dengan mengubah suai pasangan pekali transformasi kosinus diskret (DCT) dalam formula pembenaman tera air。公式yang dicadangkan kami memastikan bahawa perbezaan antara dua pekali adalah sekurang-kurangnya ????。Jika perbezaan antara dua pekali kurang daripada ????, maka piksel baharu diubah susuaya perbezaannya sama dengan ????。Kaedah yang dicadangkan telah dinilai pada pelbagai imej perubatan, termasuk x射线,CT, US, MRI, dan Kolonoskopi, dan dibandingkan dengan banyak teknik penanda air yang mantap pada masa terkini。Keputusan eksperen menunjukkan bahawa kaedah yang dicadangkan mengatasi teknik penanda air teguh kontemporari dari segi ketidakjelasan, keteguhan dan keselamatan。Nilai PSNR untuk semua modalitas imej perubatan bertanda air melebihi 54 dB,但Nilai purata PSNR adalah lebih kurang 56 dB。Kaedah yang dicadangkan adalah cemerlang daripada Kaedah Coltuc kerana masing-masing peningkatan 93% dan 14% dalam BER dan NC。Kerja kami lebih unggul daripada pelbagai teknik penanda air teguh terkini, membolehkan an digunakan dengan berkesan dalam applikasi perubatan。
期刊介绍:
The IIUM Engineering Journal, published biannually (June and December), is a peer-reviewed open-access journal of the Faculty of Engineering, International Islamic University Malaysia (IIUM). The IIUM Engineering Journal publishes original research findings as regular papers, review papers (by invitation). The Journal provides a platform for Engineers, Researchers, Academicians, and Practitioners who are highly motivated in contributing to the Engineering disciplines, and Applied Sciences. It also welcomes contributions that address solutions to the specific challenges of the developing world, and address science and technology issues from an Islamic and multidisciplinary perspective. Subject areas suitable for publication are as follows: -Chemical and Biotechnology Engineering -Civil and Environmental Engineering -Computer Science and Information Technology -Electrical, Computer, and Communications Engineering -Engineering Mathematics and Applied Science -Materials and Manufacturing Engineering -Mechanical and Aerospace Engineering -Mechatronics and Automation Engineering