[论文解读] Embedding of Blink Frequency in Electrooculography Signal using Difference Expansion based Reversible Watermarking Technique

Nilanjan Dey, Prasenjit Maji+4 more|arXiv (Cornell University)|Mar 9, 2013

EEG and Brain-Computer Interfaces参考文献 7被引用 16

一句话总结

本文提出一种基于差值扩展（DE）的可逆水印技术，用于将视触觉信号（EOG）中的眨眼频率特征嵌入，实现安全传输与完整性验证。该方法直接将诊断参数值嵌入EOG信号，具有高鲁棒性，实现低误码率和高信噪比，确保无需对恢复信号进行后处理即可准确提取。

ABSTRACT

In the past few years, like other fields, rapid expansion of digitization and globalization has influenced the medical field as well. For progress of diagnostic results most of the reputed hospitals and diagnostic centres all over the world have started exchanging medical information. In this proposed method, the calculated diagnostic parametric values of the original Electrooculography (EOG) signal are embedded as a watermark by using Difference Expansion (DE) algorithm based reversible watermarking technique. The extracted watermark provides the required parametric values at the recipient end without any post computation of the recovered EOG signal. By computing the parametric values from the recovered signal, the integrity of the extracted watermark can be validated. The time domain features of EOG signal are calculated for the generation of watermark. In the current work, various features are studied and two major features related to blink frequency are used to generate the watermark. The high Signal to Noise Ratio (SNR) and the Bit Error Rate (BER) claim the robustness of the proposed method.

研究动机与目标

• 实现医学诊断中EOG信号的安全可逆传输。
• 在不改变原始信号完整性的前提下，将诊断参数值——特别是眨眼频率——嵌入EOG信号。
• 确保嵌入的水印可在无需对恢复EOG信号进行后处理的情况下被提取。
• 通过从恢复信号重新计算参数值，验证提取水印的完整性。
• 在临床可靠性方面，实现水印嵌入与提取的高鲁棒性及低误码率。

提出的方法

• 该方法采用基于差值扩展（DE）的可逆水印技术，将诊断特征嵌入EOG信号。
• 计算EOG信号的时域特征以生成水印，重点关注与眨眼频率相关的参数。
• 水印嵌入过程通过DE修改EOG信号中的像素级强度差异，保持可逆性。
• 通过反向DE过程无损提取水印，实现原始EOG信号的完美重建。
• 通过从恢复EOG信号重新计算相同参数特征，验证提取水印的完整性。
• 该方法确保高信噪比（SNR）和低误码率（BER），表明具有高鲁棒性。

实验结果

研究问题

• RQ1 能否使用基于差值扩展的技术，将EOG信号中的眨眼频率特征可逆地嵌入信号？
• RQ2 所提出的方法是否可在无需对恢复EOG信号进行后处理的情况下，实现嵌入诊断值的准确提取？
• RQ3 在信号传输过程中，该水印技术在信噪比（SNR）和误码率（BER）方面具有多高的鲁棒性？
• RQ4 能否通过从恢复EOG信号重新计算特征，验证嵌入水印的完整性？
• RQ5 该方法在保持信号质量及实现无损恢复方面的性能如何？

主要发现

• 所提方法实现了高信噪比（SNR），表明水印处理后EOG信号的退化程度极低。
• 误码率（BER）较低，证实了水印提取的可靠性和准确性。
• 嵌入的诊断参数值，特别是眨眼频率，成功恢复，且无需对重构EOG信号进行后处理。
• 通过从恢复EOG信号重新计算相同特征，验证了水印的完整性，结果具有一致性。
• 该方法确保了可逆性，使得在水印提取后可完美重建原始EOG信号。
• 该技术表现出高鲁棒性，适用于临床环境中医疗EOG数据的安全传输。