中心議題：

• 門票防偽檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究
• 防偽檢測(cè)系統(tǒng)概述

解決方案：

• 用基于DCT算法來(lái)嵌入水印
• 水印檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
• 水印檢測(cè)軟件采用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言

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(guò)1200dpi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

1.1 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(shū)、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(guò)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(guò)在門票的印刷品中嵌入不能為肉眼覺(jué)察且不影響所保護(hù)印刷品原有的視覺(jué)感觀形象的數(shù)字水印密鑰，并通過(guò)特有的檢測(cè)設(shè)備——機(jī)讀設(shè)備來(lái)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(lái)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(guò)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(guò)對(duì)門票圖片進(jìn)行DCT變換，結(jié)合人的視覺(jué)特性，適當(dāng)改變某個(gè)中頻系數(shù)值來(lái)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(guò)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(guò)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 /> [page]
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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)人員和應(yīng)用開(kāi)發(fā)人員能夠?yàn)槎喾N多樣的產(chǎn)品來(lái)定制它，可以選擇、組合和配置Windows CE的模塊和組件來(lái)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(kāi)發(fā)環(huán)境：Platform Builder和Visual Studio 2003。通過(guò)Platform Builder，開(kāi)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(lái)開(kāi)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(guò)程參考產(chǎn)品說(shuō)明光盤)

2.2 圖像采集

本系統(tǒng)采用市面常見(jiàn)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(xiě)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(kù)(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。

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(guò)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(guò)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(kāi)發(fā)語(yǔ)言，基于VisualStudio.NET(2003)集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)進(jìn)行編寫(xiě)。Visual Studio.NET和.NET框架為開(kāi)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(lái)創(chuàng)建應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)環(huán)境，該開(kāi)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。
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本系統(tǒng)直接通過(guò)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(jiàn)圖6。
軟件在WinCE系統(tǒng)上的運(yùn)行界面見(jiàn)圖7。

4 結(jié)語(yǔ)

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(jué)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(lái)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。