基于數(shù)字水印和ARM的門票防偽檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

門票是觀看奧運(yùn)會(huì)、演唱會(huì)、參加高級(jí)會(huì)議的入場(chǎng)券。隨著高質(zhì)量圖像輸入輸出設(shè)備的發(fā)展，特別是精度超過1 200 dpi的彩色噴墨、激光打印機(jī)和高精度彩色復(fù)印機(jī)的出現(xiàn)，門票的偽造變得更加容易。所以人們迫切需要一種有效的門票防偽及檢測(cè)技術(shù)。傳統(tǒng)的防偽技術(shù)，基本上都采用材料防偽，屬于共性化防偽。如果被人仿冒，后果不堪設(shè)想，也存在造價(jià)高等缺點(diǎn)。而數(shù)字水印技術(shù)屬于個(gè)性化防偽技術(shù)，它是與個(gè)性特征相結(jié)合，并且不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設(shè)備，不增加印刷成本，是目前較好的防偽技術(shù)。

1防偽檢測(cè)系統(tǒng)概述

防偽系統(tǒng)概述

水印是不被感知地在作品中嵌入信息的操作行為。數(shù)字水印是將具有特定意義的標(biāo)記(水印)，利用數(shù)字嵌入的方法隱藏在數(shù)字圖像、聲音、文檔、圖書、視頻等數(shù)字產(chǎn)品中，用以證明創(chuàng)作者對(duì)其作品的所有權(quán)，同時(shí)通過對(duì)水印的檢測(cè)和分析保證數(shù)字信息的完整可靠性。數(shù)字水印是一種新興、有效的數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)和數(shù)據(jù)安全維護(hù)技術(shù)。把數(shù)字水印技術(shù)用在印刷品仿偽方面是近幾年大家研究的一個(gè)新方向。

數(shù)字水印門票防偽系統(tǒng)由數(shù)字水印嵌入子系統(tǒng)和數(shù)字水印識(shí)別子系統(tǒng)兩部分組成，每個(gè)子系統(tǒng)又分別由硬件與軟件兩部分組成。使用者可以通過在門票的印刷品中嵌入不能為肉眼覺察且不影響所保護(hù)印刷品原有的視覺感觀形象的數(shù)字水印密鑰，并通過特有的檢測(cè)設(shè)備——機(jī)讀設(shè)備來讀取該數(shù)字水印，以鑒別印刷品的真?zhèn)危瑥亩_(dá)到防偽目的。

本文介紹了數(shù)字水印在門票中的嵌入，并對(duì)水印識(shí)別系統(tǒng)中的軟硬件進(jìn)行詳細(xì)描述。硬件由攝像頭、ARM、液晶屏等構(gòu)成。

整個(gè)系統(tǒng)流程如圖1所示。



1.2數(shù)字水印嵌入

就目前門票使用情況而言，主要是對(duì)其進(jìn)行打印(或印刷)掃描(或照相)操作，于是我們要尋找一種抗打印掃描數(shù)字水印算法?？捎糜谟∷⑵贩聜蔚乃惴ǘ嗍窃谧儞Q域?qū)崿F(xiàn)的，其思想大多基于J.Coxdeng等人提出的括頻通信算法。

本文將用基于DCT(離散余弦變換)算法來嵌入水印。離散余弦變換屬于正交變換圖像編碼方法中的一種。對(duì)于一幅典型的圖像，經(jīng)過變換后，圖像中的大部分DCT能量會(huì)集中在直流系數(shù)和低頻交流系數(shù)中，許多中頻和高頻的交流系數(shù)接近，把它們?nèi)サ舨⒉粫?huì)明顯影響重構(gòu)圖像的質(zhì)量。本文通過對(duì)門票圖片進(jìn)行DCT變換，結(jié)合人的視覺特性，適當(dāng)改變某個(gè)中頻系數(shù)值來完成水印的嵌入。水印提取時(shí)只需判斷相應(yīng)中頻系數(shù)的正負(fù)就可恢復(fù)水印圖像。實(shí)驗(yàn)表明，該算法簡(jiǎn)單，并能有效抗打印掃描。   

水印嵌入前后及嵌入信息的圖片如圖2～圖4所示。



2水印檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

針對(duì)嵌入了水印的門票真?zhèn)螜z測(cè)需要由專門的機(jī)讀設(shè)備辨別。該設(shè)備主要由操作系統(tǒng)定制、圖像采集、圖像數(shù)字水印檢測(cè)三部分組成。系統(tǒng)的核心芯片選用SAMSUNG半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的S3C2410嵌入式微處理器。軟件環(huán)境選用Microsoft Windows CE.NET操作系統(tǒng)。系統(tǒng)首先通過USB攝像頭采集到門票靜態(tài)圖片，接著進(jìn)行數(shù)字水印檢測(cè)和提取，通過比對(duì)提取出的數(shù)字水印跟原先嵌入的水印，判斷門票的真?zhèn)巍?br />
2.1操作系統(tǒng)的定制

嵌入式系統(tǒng)是指以應(yīng)用為中心，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為基礎(chǔ)、軟硬件可裁剪、適應(yīng)于特定應(yīng)用系統(tǒng)對(duì)功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴(yán)格要求的專用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)具有實(shí)時(shí)性等特點(diǎn)，其應(yīng)用前景非常廣闊。

系統(tǒng)硬件平臺(tái)選用博創(chuàng)科技產(chǎn)品嵌入式開發(fā)平臺(tái)UP_NETARM2410_S。該平臺(tái)采用了S3C2410X微處理器。該處理器使用ARM920T核、采用0.18μm工藝CMOS標(biāo)準(zhǔn)宏單元和存儲(chǔ)編譯器開發(fā)的。它的低功耗精簡(jiǎn)和出色的全靜態(tài)設(shè)計(jì)特別適用于對(duì)成本和功耗敏感的應(yīng)用。該平臺(tái)同時(shí)配備了LCD液晶屏，方便對(duì)水印結(jié)果的觀察。

Windows CE是一種具有搶先式多任務(wù)功能與強(qiáng)大通信能力的嵌入式操作系統(tǒng)，也是微軟公司專門為移動(dòng)設(shè)備和消費(fèi)類電子產(chǎn)品、嵌入式應(yīng)用等非PC領(lǐng)域而設(shè)計(jì)的全新操作系統(tǒng)產(chǎn)品，具有高級(jí)模塊化、良好實(shí)時(shí)性、強(qiáng)大通信能力、支持多種CPU等特點(diǎn)。Windows CE采用了友好的用戶界面，外觀很像流行的Windows NT界面，大大降低了用戶使用時(shí)的難度。同時(shí)它的模塊化設(shè)計(jì)方式使得系統(tǒng)開發(fā)人員和應(yīng)用開發(fā)人員能夠?yàn)槎喾N多樣的產(chǎn)品來定制它，可以選擇、組合和配置Windows CE的模塊和組件來創(chuàng)建用戶版的操作系統(tǒng)。

微軟針對(duì)Windows CE推出了集成開發(fā)環(huán)境：Platform Builder和Visual Studio 2003。通過Platform Builder，開發(fā)人員可對(duì)Windows CE操作系統(tǒng)進(jìn)行定制、構(gòu)建、下載、調(diào)試及發(fā)布。Visual Studio 2003可用來開發(fā)基于Windows CE的應(yīng)用程序。

博創(chuàng)科技產(chǎn)品自帶了Bootloader，BSP，SDK，首先安裝Platform Builder并進(jìn)行了Windows CE的移植。(移植具體過程參考產(chǎn)品說明光盤)

2.2  圖像采集

本系統(tǒng)采用市面常見的USB中星微攝像頭采集門票圖片，安裝Windows CE時(shí)已經(jīng)默認(rèn)安裝USB驅(qū)動(dòng)，要讓攝像頭能采集數(shù)據(jù)，只要針對(duì)該攝像頭編寫流接口驅(qū)動(dòng)程序。

流接口驅(qū)動(dòng)程序是為連接到Windows CE.NET平臺(tái)上的外圍設(shè)備而設(shè)計(jì)的。實(shí)際上，流接口驅(qū)動(dòng)程序是一個(gè)管理外圍設(shè)備的用戶級(jí)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(DLL)。流接口驅(qū)動(dòng)程序幾乎可以支持任何類型的連接到Windows CE.NET系統(tǒng)的外圍設(shè)備。實(shí)現(xiàn)流驅(qū)動(dòng)程序需要完成以下幾個(gè)步驟：

(1)選擇代表設(shè)備的文件名前綴CAM；
   
(2)實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)的各個(gè)入口點(diǎn)：CAM_Init，CAM_Close等；
   
(3)建立.DEF文件；
   
(4)在注冊(cè)表中為驅(qū)動(dòng)程序建立表項(xiàng)；

(5)生成流驅(qū)動(dòng)程序zc030x.dll。
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系統(tǒng)在自動(dòng)加載驅(qū)動(dòng)程序時(shí)，首先要將驅(qū)動(dòng)程序復(fù)制到＼Windows文件夾下。當(dāng)攝像頭通過USB接口接到硬件平臺(tái)時(shí)，將提示輸入攝像頭驅(qū)動(dòng)，我們通過軟鍵盤敲入“zc030x”，則攝像頭就能正常工作了。

2.3水印檢測(cè)軟件設(shè)計(jì)

水印檢測(cè)軟件采用C#作為開發(fā)語言，基于VisualStudio.NET(2003)集成開發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行編寫。Visual Studio.NET和.NET框架為開發(fā)人員提供了一套完整的解決方案。Visual Studio.NET提供了一個(gè)能夠基于.NET框架來創(chuàng)建應(yīng)用程序的開發(fā)環(huán)境，該開發(fā)環(huán)境提供了一些工具，這些工具可以簡(jiǎn)化應(yīng)用程序的創(chuàng)建、部署和升級(jí)。由于Windows CE.NET自帶.NET Compact Framework 1.0，在PC中用VisualStudio 2003生成的應(yīng)用程序可直接下載到Windows
CE.NET中使用，程序的部署十分方便。

本系統(tǒng)直接通過USB攝像頭獲取圖像信息。軟件流程如圖5所示。




3實(shí)驗(yàn)結(jié)果下載測(cè)試分析

在Visual Studio 2003中進(jìn)行軟件設(shè)計(jì)，并在模擬器中調(diào)試成功之后，就可以將軟件下載到實(shí)驗(yàn)平臺(tái)中運(yùn)行，在軟件進(jìn)行部署前安裝ActiveSync 4.1，并在軟件進(jìn)行部署時(shí)選中“Windows CE.NET、設(shè)備”見圖6。


軟件在WinCE系統(tǒng)上的運(yùn)行界面見圖7。



4結(jié)  語

數(shù)字水印印刷防偽技術(shù)突出了防偽的惟一性和不可仿制性，具有高保密性和隨機(jī)性，以及不改變?cè)∷⑵返囊曈X形象，不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設(shè)備，不增加印刷成本等特點(diǎn)。本文介紹了完整的水印嵌入及檢測(cè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)稍加修改，便可以用在其他領(lǐng)域，例如證件檢測(cè)，包裝防偽等。本系統(tǒng)還存在著一些不足，例如水印提取出來后是靠驗(yàn)票員主觀判斷，嵌入的水印不能很好地反映門票的ID等。這些都需要繼續(xù)改進(jìn)。但是數(shù)字水印檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用到印刷品領(lǐng)域?qū)⒂兄謴V闊的應(yīng)用前景.