基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统设计

黄玮

（首都医科大学附属北京世纪坛医院，北京 100000）

1 引言

财务信息管存系统利用网络通讯技术与现代信息技术，对各项财务数据进行监督、控制、计划、预测与分析，能够对各个财务实施环节进行集中化管理[1-2]。传统的医院财务信息管理体系，如基于人工智能技术的医用财务自动管理系统[3]，主要包含组织互连信息模块、财务管理信息模块、会计事务处理信息模块、财务决策支持模块等多个组成环节。随着医院内部组织关系的建立，各医疗部门之间的信息传输问题得到有效解决。但此系统存在明显的局限性问题，很难实现海量财务数据的同期定时存储。

在数字水印技术的支持下，图像、序列号、文字、数字等具有特殊意义的秘密信息可被直接隐藏于待保护的数字产品之中，从而达到保护数据版权、维持信息认证行为的目的，常见的数字产品包含视频、音频、文档、图片等。当秘密信息经过一定的变换处理后，可被再次嵌入至原始的数字产品之中，而变换后的数据信息也就是常说的数字水印信息[4]。一般情况下，数字水印可以保持二维阵列、三维阵列或高维阵列的信号状态，但出于嵌入实用性考虑，所有高维信号都必须按照既定的序列格式转换为一维阵列的传输格式。

为解决传统系统存在的不足，本研究引入全息数字水印技术，设计一种新的医院财务信息管存系统，在构建财务数据仓库架构的同时，实现对财务数据水印的嵌入与提取处理。

2 医院财务信息管存系统硬件设计

医院财务信息管存系统的硬件执行环境包含财务数据仓库架构、批量数据采集模块、实时数据交换模块。

2.1 财务数据仓库架构

医院财务信息管存系统的财务数据仓库架构由AMBARI体系、主机单元、子系统模块、收集单元四部分共同组成。其中，AMBARI体系位于财务数据仓库架构顶层，可直接对下级管存结构发布信息执行指令，再整合暂存于数据库主机中的财务信息参量，将其反馈至其它系统应用模块之中。主机单元包含管存服务主机、财务数据存储主机两个组成元件，前者可在全息数字水印技术的支持下，构建多条医院财务数据的实时传输通道；后者则可暂时存储系统内部的所有财务数据信息，并生成既定的文件传输包组织[5]。子系统模块具备集群资源管理、分布式财务信息管理两种表现形式，前者可按照管存系统的实际应用需求，对相关医院财务信息参量进行分类处理，后者则具备按需连接的执行能力，可分层调取AMBARI 体系中的财务信息参量，并将其转换成既定的应用存储形式。收集单元由财务信息收集、数字水印收集两部分共同组成。在系统管存执行指令的作用下，两者始终保持不同的接入状态，一方面可避免海量财务数据堆积行为的产生，另一方面能够解决医院传统财务信息管理系统中存在的局限性传输问题。

财务数据仓库架构如图1所示。

图1 财务数据仓库架构示意图

2.2 批量数据采集模块

批量数据采集模块附属于医院财务信息管存系统的中部连接层主机中，由顶层监控设备、中层管存以太网、下层采集主机三类连接结构共同组成。其中，顶层监控设备与全息以太网交换机直接相连，可直接获取医院各组织部门的财务收支情况，并将其转换成满足系统执行需求的信息管存连接信号[6]。中层管存以太网包含网络本体、信号采集线路两部分，前者作为医院财务信息的传输背景环境，可承接来自于全息交换机中的数据参量，并将其转化成既定传输应用形式；后者具备较强的财务数据把控能力，可在不违背系统管存需求的前提下，将暂存的医院财务信息调度成较为积极的连接交互状态。下层采集主机分别与三个系统管存设备相连，可明确感知信号采集线路中医院财务信息参量的实际传输方向，并根据需求指令的实际应用目标，向各级医院财务管控主机反馈多个信号执行表单结构体。

批量数据采集模块结构如图2所示。

图2 批量数据采集模块结构图

2.3 实时数据交换模块

实时数据交换模块由LSD-50P30FID2 主板、信号控制端接口、OUTIN 旋钮、OUTPUT 旋钮四部分共同组成。其中，LSD-50P30FID2主板具备较强的信息感知能力，可按照批量数据采集模块中医院财务信号参量的实际传输情况，变更模块内的数据连接行为，从而实现对待管存信息参量的整合与处理[7]。信号控制端接口包含A+、A-、B+、B-四类连接线柱结构体，一般情况下，“+”级接线柱可与医院财务信息管存系统的电子输入端相连，可在获取传输电流应用信号的同时，将传输电子量整合成既定连接形式；“-”级接线柱可与医院财务信息管存系统的电子输出端相连，可将已整合成束的应用电子量快速分配至其它系统应用主机之中[8]。OUTIN旋钮、OUTPUT旋钮始终保持完全相反的连接应用形式，可在已知系统内暂存医院财务信息数量级水平的基础上，调节信号参量在系统信道内的传输流量情况，从而实现对各级医院传输应用主机的关联性控制。

3 医院财务信息管存系统软件设计

在系统硬件执行环境的支持下，按照数字水印基本框架搭建的、财务数据水印嵌入与提取、水印预处理的应用流程，实现系统的软件操作环境搭建，两相结合，完成对基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统的设计。

3.1 数字水印基本框架

医院财务信息管存系统的数字水印框架包括如下两部分：水印的嵌入和水印的检测。水印的嵌入行为又包含原始财务数据水印信息、原始管存信息文件两部分。通常情况下，前者需要在一些变换处理步骤的支持下，才能生成最终的待嵌入水印信息，且当数字水印的管存条件不再发生改变时，现有医院财务信息数据的实际存储行为也会逐渐趋于稳定；后者可在全息数字水印技术的支持下，改变密钥结构体的现有连接形式，并根据财务数据管存信息的实际存储条件，更改与算法相关的水印嵌入行为。水印检测是指根据全息数字水印技术对受攻击医院财务数据进行检测的处理行为，可在提取既定算法操作节点的同时，对密钥文件进行解码处理，从而生成全新的数字水印传输文本。

数字水印基本框架连接原理如图3所示。

图3 数字水印基本框架连接原理

3.2 财务数据水印的嵌入与提取

系统管存执行主机在宿主财务数据离散余弦变换域中嵌入了数字水印信息，可有效提高水印节点的抗压缩抵御能力。由于数据低频部分包含了大量的管存应用信息，因此低频系数平均值的改变易导致待传输财务数据失真，而当数据高频部分嵌入了全息数字水印后，现有系统管存应用滤波能够轻易去除与全息数字水印相关的信息文件。因此要将所有水印信息全部嵌入至系统中频滤波成分内部，进而满足医院财务信息管存系统的鲁棒性与不可见性执行需求。

假设An代表医院财务数据高频部分的全息数字水印信息，n代表当前条件下的波段系数值，A1代表医院财务数据低频部分的全息数字水印信息，联立上述物理量，可将基于全息数字水印技术的财务数据水印嵌入结果表示为：

其中，e0、e1分别代表两个不同的宿主财务数据离散余弦变换条件代表医院财务信息数据的均值存储量，△T代表单位存储时长。

水印提取是水印嵌入的反执行过程，可先对医院财务数据信息进行等分变换处理，再分别读取每一模块成分中的全息数字水印系数。设Qmax代表与医院财务数据信息相关的最大等分变换权限值，Qmin代表与医院财务数据信息相关的最小等分变换权限值，联立公式(1)，可将基于全息数字水印技术的财务数据水印提取结果表示为：

其中，β 代表既定的全息数字水印系数，W代表单位时间内的医院财务数据提取均值代表既定信息读取权限，un代表高频条件下的信息管存条件，代表医院财务信息的极值性存储条件。

3.3 水印预处理

水印预处理是医院财务信息管存系统搭建的末尾操作环节，可在已知财务数据水印嵌入与提取结果的基础上，确定与后续管存指令相关的实际执行条件，从而实现对海量财务数据存储环境的改善。

在全息数字水印技术的支持下，医院财务信息数据的待管存数量级水平越高，最终待处理的水印信息总量也就越大。规定在单位管存时间内，全息数字水印文件的最大存储条件只能达到U，且随着系统管存应用时间的延长，该项物理指标的实际数值水平也会不断增大。设d1、d2分别代表两个不同的全息数值水印应用条件，联立公式(2)，可将医院财务信息管存系统的水印预处理结果表示为：

其中，ξ代表与医院财务信息相关的数据存储参量指标，f 代表系统中的财务信息管存目标参量，代表与全息化数字水印相关的文件存储条件，L代表全息数字水印文件在一个系统执行周期中的存储均值。

至此，完成系统软、硬件执行环境的搭建，在全息数字水印技术的支持下，实现医院财务信息管存系统的顺利应用。

4 系统应用能力检测

为验证基于全息数字水印技术医院财务信息管存系统的实际应用价值，设计如下对比实验。将SR258 1U机架式服务器主机接入水印控制主机中，在相同实验环境下，同时闭合实验组、对照组控制开关，记录既定实验时间内实验组、对照组数值指标的具体变化情况。其中，实验组主机搭载基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统，对照组主机搭载传统的基于人工智能技术的医用财务自动管理系统。

实验参数如表1所示。

表1 实验参数设定

出于公平性考虑，实验组、对照组实验参数始终保持一致。

财务数据存储量、相邻存储节点间UDI局限指标都能反映海量医院财务数据的存储现状。一般情况下，财务数据存储量越大、UDI 局限指标数值水平越低，系统主机对于海量医院财务数据的实际存储能力也就越强，反之则越弱。

表2记录了实验组、对照组财务数据存储量在既定实验时间内的实际变化情况。

分析表2 可知，随着实验时间的延长，实验组财务数据存储量始终保持先上升、再稳定的变化趋势，整个实验过程中的最大存储值可达到479Mb，与理想极限值512Mb 之间的差值距离相对较小。对照组财务数据存储量则在一段时间的稳定状态后，开始持续性下降，全局最大值仅能达到205Mb，与理想极限值512Mb之间的差值距离相对较大，始终低于实验组极值水平。

表2 医院财务数据存储量对比表

综上可知，应用基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统，可达到提升财务数据实时存储量的目的。

表3记录了实验组、对照组UDI局限指标数值在既定实验时间内的实际变化情况。

表3 UDI局限指标数值对比表

分析表3 可知，随着实验时间的延长，实验组UDI 局限指标数值始终保持下降、上升交替出现的变化趋势，整个实验过程中的最大值仅能达到0.81。对照组UDI局限指标数值则始终保持阶梯状上升的变化趋势，整个实验过程中的最大值可以达到1.68，与实验组极值相比，上升了0.87。

综上可知，应用基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统，可促进UDI局限指标数值的不断减小，实现对海量医院财务数据存储现状的有效改善。

5 结束语

与传统医院财务信息管理系统相比，基于全息数字水印技术的医院财务信息管存系统对数据仓库架构、数据采集模块、数据交换模块三类硬件执行主机进行了改善，并在数字水印基本框架体系的支持下，实现了对财务数据水印的嵌入与提取处理。从实用性角度来看，单位时间内的财务数据存储量出现了明显提升，而UDI 局限指标数值却开始持续下降，可在解决医院传统财务信息管理系统存在局限性问题的同时，改善海量财务数据的存储现状。