數字水印和ARM的門票防偽檢測系統簡介

門票是觀看奧運會、演唱會、參加高級會議的入場券。隨著高質量圖像輸入輸出設備的發展，特別是精度超過1 200 dpi的彩色噴墨、激光打印機和高精度彩色復印機的出現，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技術。傳統的防偽技術，基本上都采用材料防偽，屬于共性化防偽。如果被人仿冒，后果不堪設想，也存在造價高等缺點。而數字水印技術屬于個性化防偽技術，它是與個性特征相結合，并且不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設備，不增加印刷成本，是目前較好的防偽技術。

1防偽檢測系統概述

防偽系統概述

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

數字水印門票防偽系統由數字水印嵌入子系統和數字水印識別子系統兩部分組成，每個子系統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印刷品原有的視覺感觀形象的數字水印密鑰，并通過特有的檢測設備——機讀設備來讀取該數字水印，以鑒別印刷品的真偽，從而達到防偽目的。

本文介紹了數字水印在門票中的嵌入，并對水印識別系統中的軟硬件進行詳細描述。硬件由攝像頭、ARM、液晶屏等構成。

整個系統流程如圖1所示。



1.2數字水印嵌入

就目前門票使用情況而言，主要是對其進行打印(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字水印算法。可用于印刷品仿偽的算法多是在變換域實現的，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。對于一幅典型的圖像，經過變換后，圖像中的大部分DCT能量會集中在直流系數和低頻交流系數中，許多中頻和高頻的交流系數接近，把它們去掉并不會明顯影響重構圖像的質量。本文通過對門票圖片進行DCT變換，結合人的視覺特性，適當改變某個中頻系數值來完成水印的嵌入。水印提取時只需判斷相應中頻系數的正負就可恢復水印圖像。實驗表明，該算法簡單，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水印檢測系統設計

針對嵌入了水印的門票真偽檢測需要由專門的機讀設備辨別。該設備主要由操作系統定制、圖像采集、圖像數字水印檢測三部分組成。系統的核心芯片選用SAMSUNG半導體公司生產的S3C2410嵌入式微處理器。軟件環境選用Microsoft Windows CE.NET操作系統。系統首先通過USB攝像頭采集到門票靜態圖片，接著進行數字水印檢測和提取，通過比對提取出的數字水印跟原先嵌入的水印，判斷門票的真偽。

2.1操作系統的定制

嵌入式系統是指以應用為中心，以計算機技術為基礎、軟硬件可裁剪、適應于特定應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統嵌入式系統具有實時性等特點，其應用前景非常廣闊。

系統硬件平臺選用博創科技產品嵌入式開發平臺UP_NETARM2410_S。該平臺采用了S3C2410X微處理器。該處理器使用ARM920T核、采用0.18μm工藝CMOS標準宏單元和存儲編譯器開發的。它的低功耗精簡和出色的全靜態設計特別適用于對成本和功耗敏感的應用。該平臺同時配備了LCD液晶屏，方便對水印結果的觀察。

Windows CE是一種具有搶先式多任務功能與強大通信能力的嵌入式操作系統，也是微軟公司專門為移動設備和消費類電子產品、嵌入式應用等非PC領域而設計的全新操作系統產品，具有高級模塊化、良好實時性、強大通信能力、支持多種CPU等特點。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的難度。同時它的模塊化設計方式使得系統開發人員和應用開發人員能夠為多種多樣的產品來定制它，可以選擇、組合和配置Windows CE的模塊和組件來創建用戶版的操作系統。

微軟針對Windows CE推出了集成開發環境：Platform Builder和Visual Studio 2003。通過Platform Builder，開發人員可對Windows CE操作系統進行定制、構建、下載、調試及發布。Visual Studio 2003可用來開發基于Windows CE的應用程序。

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

2.2? 圖像采集

本系統采用市面常見的USB中星微攝像頭采集門票圖片，安裝Windows CE時已經默認安裝USB驅動，要讓攝像頭能采集數據，只要針對該攝像頭編寫流接口驅動程序。

流接口驅動程序是為連接到Windows CE.NET平臺上的外圍設備而設計的。實際上，流接口驅動程序是一個管理外圍設備的用戶級的動態鏈接庫(DLL)。流接口驅動程序幾乎可以支持任何類型的連接到Windows CE.NET系統的外圍設備。實現流驅動程序需要完成以下幾個步驟：

(1)選擇代表設備的文件名前綴CAM；
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(2)實現驅動的各個入口點：CAM_Init，CAM_Close等；
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(3)建立.DEF文件；
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(4)在注冊表中為驅動程序建立表項；

(5)生成流驅動程序zc030x.dll。

系統在自動加載驅動程序時，首先要將驅動程序復制到＼Windows文件夾下。當攝像頭通過USB接口接到硬件平臺時，將提示輸入攝像頭驅動，我們通過軟鍵盤敲入“zc030x”，則攝像頭就能正常工作了。

2.3水印檢測軟件設計

水印檢測軟件采用C#作為開發語言，基于VisualStudio.NET(2003)集成開發環境(IDE)進行編寫。Visual Studio.NET和.NET框架為開發人員提供了一套完整的解決方案。Visual Studio.NET提供了一個能夠基于.NET框架來創建應用程序的開發環境，該開發環境提供了一些工具，這些工具可以簡化應用程序的創建、部署和升級。由于Windows CE.NET自帶.NET Compact Framework 1.0，在PC中用VisualStudio 2003生成的應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實驗結果下載測試分析

在Visual Studio 2003中進行軟件設計，并在模擬器中調試成功之后，就可以將軟件下載到實驗平臺中運行，在軟件進行部署前安裝ActiveSync 4.1，并在軟件進行部署時選中“Windows CE.NET、設備”見圖6。


軟件在WinCE系統上的運行界面見圖7。



4結? 語

數字水印印刷防偽技術突出了防偽的惟一性和不可仿制性，具有高保密性和隨機性，以及不改變原印刷品的視覺形象，不改變成熟的印刷工藝，不改變印刷材料與設備，不增加印刷成本等特點。本文介紹了完整的水印嵌入及檢測系統，該系統稍加修改，便可以用在其他領域，例如證件檢測，包裝防偽等。本系統還存在著一些不足，例如水印提取出來后是靠驗票員主觀判斷，嵌入的水印不能很好地反映門票的ID等。這些都需要繼續改進。但是數字水印檢測技術應用到印刷品領域將有著十分廣闊的應用前景.