便攜式票據(jù)數(shù)字水印檢測(cè)系統(tǒng)的研究

張玉杰 張媛媛

(陜西科技大學(xué)電氣與信息工程學(xué)院，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展，多媒體數(shù)字產(chǎn)品紛紛在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布，其版權(quán)問題越來越引起人們的關(guān)注［1］。與人們生活息息相關(guān)的各種票據(jù)的造假問題，使人們對(duì)票據(jù)的信任度不斷降低。而由于票據(jù)的真?zhèn)伪仨氁桨鏅?quán)認(rèn)證中心進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)鑒定，不能夠達(dá)到實(shí)時(shí)性的要求，給人們的生活帶來諸多不便。

目前發(fā)展較迅速的手持設(shè)備具有隨身攜帶方便、操作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)［2］。本文設(shè)計(jì)了一種利用手持設(shè)備進(jìn)行票據(jù)水印檢測(cè)的方案，將拍攝到的待檢測(cè)票據(jù)圖像通過GPRS無線傳輸給遠(yuǎn)程專用PC機(jī)，以進(jìn)行水印的實(shí)時(shí)提取與檢測(cè)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)主要由手持設(shè)備與遠(yuǎn)程專用PC機(jī)兩部分組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。系統(tǒng)以GPRS無線網(wǎng)絡(luò)為依托，以數(shù)字圖像的數(shù)字壓縮、傳輸?shù)燃夹g(shù)為核心;手持設(shè)備涉及圖像解壓縮、水印檢測(cè)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等眾多先進(jìn)的IT技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)端手持設(shè)備與監(jiān)控端PC機(jī)通過GPRS公用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行直接的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)遠(yuǎn)程無線通信。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure of the system

手持設(shè)備獲取待檢測(cè)圖像，在完成內(nèi)部處理后，通過GPRS模塊傳至遠(yuǎn)程專用PC機(jī)，由PC機(jī)進(jìn)行水印的檢測(cè)，并將結(jié)果返回給手持設(shè)備;由LCD顯示屏顯示最終檢測(cè)結(jié)果，如果檢測(cè)結(jié)果非法，蜂鳴器將會(huì)報(bào)警。

網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)就是手持設(shè)備，主要負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)待檢測(cè)圖像信息的采集和發(fā)送。網(wǎng)絡(luò)終端節(jié)點(diǎn)對(duì)傳感器采集到的信息進(jìn)行處理、打包，并通過無線方式發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)器節(jié)點(diǎn)。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)由GPRS模塊組成，通過GPRS模塊上傳到GPRS網(wǎng)絡(luò)，并由GPRS網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給遠(yuǎn)程專用PC機(jī)，以供PC機(jī)進(jìn)行水印提取與檢測(cè);同時(shí)網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)也將檢測(cè)結(jié)果傳送到手持設(shè)備，由LCD顯示屏顯示結(jié)果。

2 下位機(jī)設(shè)計(jì)

手持設(shè)備是基于無線GPRS信道移動(dòng)公網(wǎng)的遠(yuǎn)程圖像傳輸設(shè)備，是內(nèi)部通電即用的一體化手持機(jī)裝置，可完全脫離PC機(jī)，是一種具有較高可靠性的便攜式設(shè)備。該手持設(shè)備集成了圖像采集、壓縮及傳輸?shù)戎T多功能，內(nèi)置攝像頭、圖像壓縮卡、微控制器、SIM卡和GPRS通信模塊等。

該手持設(shè)備由數(shù)據(jù)采集模塊、微控制器模塊、人機(jī)交互界面模塊、無線傳輸模塊以及電源模塊等組成。數(shù)據(jù)采集模塊由圖像采集卡、A/D轉(zhuǎn)換部分組成，轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)交由微控制器進(jìn)行處理。驅(qū)動(dòng)顯示模塊完成人機(jī)間的信息交換，將數(shù)據(jù)傳至GPRS無線終端，無線傳輸模塊采用GPRS技術(shù)，通過GPRS網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送到中國移動(dòng)的內(nèi)部網(wǎng)(CMNET);接著通過GPRS服務(wù)節(jié)點(diǎn)(GSN)，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)?Internet上，并在Internet上尋找一個(gè)指定的中心服務(wù)器［3］，即數(shù)字水印檢測(cè)專用PC機(jī);PC機(jī)通過數(shù)據(jù)處理將數(shù)據(jù)進(jìn)行解壓并進(jìn)行數(shù)據(jù)還原;最后通過數(shù)字水印檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行水印的檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的反向傳輸。

手持設(shè)備的微控制器采用AT91SAM7X256嵌入式芯片［4］。該芯片最顯著的特點(diǎn)是低電壓工作，超低電流消耗，并內(nèi)置T6963C［5］液晶顯示驅(qū)動(dòng)控制器。只需將傳感器輸出的模擬信號(hào)接入芯片，再將采集到的圖像信息通過無線傳輸模塊傳輸給PC機(jī)，即可由LCD顯示PC機(jī)返回的信息。

人機(jī)交互模塊主要是按鍵與顯示模塊。按鍵主要完成圖像采集、圖像處理和圖像上傳等各個(gè)操作功能;采用點(diǎn)觸式按鍵和液晶顯示。手持設(shè)備的基本結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 手持設(shè)備基本結(jié)構(gòu)框圖Fig.2 Basic structure of the handheld device

2.1 GPRS 模塊

無線傳輸技術(shù)采用GPRS技術(shù)，GPRS通信服務(wù)程序的主要功能是實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS Modem的操作。通過UART底層驅(qū)動(dòng)程序和AT指令，對(duì)GPRS模塊進(jìn)行初始化和建立網(wǎng)絡(luò)連接等操作，以API函數(shù)的形式供系統(tǒng)應(yīng)用程序調(diào)用。

GPRS模塊上電后，首先完成網(wǎng)絡(luò)注冊(cè)等初始化工作，然后自動(dòng)進(jìn)行PPP拔號(hào)，再通過TCP/IP協(xié)議與位于互聯(lián)網(wǎng)上的遠(yuǎn)程客戶端建立連接，從而為監(jiān)控設(shè)備建立一條雙向透明傳輸?shù)臒o線通信鏈路。通信鏈路建立后，遠(yuǎn)程監(jiān)控終端便可通過串口向GPRS DTU發(fā)送數(shù)據(jù);GPRS DTU收到數(shù)據(jù)后將其封裝成 IP包，經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)絡(luò)發(fā)送到遠(yuǎn)程專用PC機(jī);數(shù)據(jù)中心通過以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)程序即可獲取這些數(shù)據(jù)［6］。GPRS模塊內(nèi)置TCP/IP協(xié)議，只需調(diào)用相應(yīng)的AT命令對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，即可完成GPRS網(wǎng)絡(luò)和Internet的互連，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無線傳輸。

利用AT指令，控制GPRS模塊建立無線信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，具體指令如表1所示。

表1 AT指令表Tab.1 AT instructions

2.2 圖像壓縮與解壓縮

待檢測(cè)票據(jù)圖像通過手持設(shè)備獲取，圖像經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，此數(shù)據(jù)流送入圖像壓縮編碼器進(jìn)行壓縮處理。

JPEG2000編碼器如圖3所示。

圖3 JPEG2000編碼器Fig.3 JPEG2000 encoder

PC機(jī)的接收軟件則進(jìn)行上述過程的逆操作，將接收到的數(shù)據(jù)流解壓縮，并在顯示屏上還原實(shí)時(shí)圖像。

3 上位機(jī)設(shè)計(jì)

3.1 檢測(cè)系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程專用PC機(jī)的水印檢測(cè)系統(tǒng)是為票據(jù)版權(quán)進(jìn)行檢測(cè)的專用軟件。本票據(jù)數(shù)字水印檢測(cè)系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)的功能如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)功能示意圖Fig.4 Diagram of system function

其中，數(shù)字水印檢測(cè)技術(shù)是針對(duì)不同的嵌入算法提出的檢測(cè)技術(shù)。數(shù)字圖像解碼過程是將無線傳輸上來的信號(hào)進(jìn)行解密并解碼還原為待檢測(cè)圖像。數(shù)據(jù)庫中存有市面上出現(xiàn)的有嵌入水印的圖像記錄，原始水印是為了與檢測(cè)出的水印進(jìn)行對(duì)比分析。加密算法庫是針對(duì)提出的水印序列進(jìn)行反變換得到原始的水印。嵌入算法庫是針對(duì)每一種嵌入水印的圖像設(shè)計(jì)的名種嵌入算法，檢測(cè)算法是根據(jù)對(duì)應(yīng)的嵌入算法進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

3.2 界面設(shè)計(jì)

遠(yuǎn)程PC機(jī)上的水印檢測(cè)系統(tǒng)采用Visual C++編寫，進(jìn)行由上到下的模塊式總體設(shè)計(jì)。Visual C++6.0的通信控件Mscomm能夠提供串行通信的全部功能，實(shí)現(xiàn)從串口讀入數(shù)據(jù)或?qū)憯?shù)據(jù)到串口。程序的編寫、調(diào)試簡(jiǎn)單方便，開發(fā)速度快。

Visual C++6.0通信控件封裝了通信過程中的底層操作程序，用戶只需設(shè)置和監(jiān)控控件的屬性和事件，即可便捷地實(shí)現(xiàn)用戶和應(yīng)用程序之間的異步串行通信。Visual C++6.0可以方便地完成數(shù)據(jù)的接收、顯示和存儲(chǔ)，向指定節(jié)點(diǎn)發(fā)送控制命令和數(shù)據(jù)以及信息的轉(zhuǎn)發(fā)等功能。系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，可滿足無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的基本需求。

4 結(jié)束語

本文以目前發(fā)展迅速的手持設(shè)備為核心，針對(duì)票據(jù)的盜版問題，設(shè)計(jì)了一種數(shù)字水印檢測(cè)系統(tǒng)［7－10］。系統(tǒng)利用手持設(shè)備進(jìn)行圖像獲取，并將圖像信息傳送至遠(yuǎn)程專用PC機(jī)進(jìn)行水印的檢測(cè);而用戶無法知道水印的算法，避免了算法的泄露，使數(shù)字產(chǎn)品版權(quán)保護(hù)更具有安全性。該方法給人們的日常生活帶來了許多便利，在實(shí)際生活中具有很大的現(xiàn)實(shí)意義。

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