便攜式票據數字水印檢測系統的研究

張玉杰 張媛媛

(陜西科技大學電氣與信息工程學院，陜西 西安 710021)

0 引言

隨著數字化技術的不斷發展，多媒體數字產品紛紛在網絡上發布，其版權問題越來越引起人們的關注［1］。與人們生活息息相關的各種票據的造假問題，使人們對票據的信任度不斷降低。而由于票據的真偽必須要到版權認證中心進行現場鑒定，不能夠達到實時性的要求，給人們的生活帶來諸多不便。

目前發展較迅速的手持設備具有隨身攜帶方便、操作簡單等特點［2］。本文設計了一種利用手持設備進行票據水印檢測的方案，將拍攝到的待檢測票據圖像通過GPRS無線傳輸給遠程專用PC機，以進行水印的實時提取與檢測。

1 系統總體設計方案

本系統主要由手持設備與遠程專用PC機兩部分組成，系統結構如圖1所示。系統以GPRS無線網絡為依托，以數字圖像的數字壓縮、傳輸等技術為核心;手持設備涉及圖像解壓縮、水印檢測技術、網絡技術、計算機技術等眾多先進的IT技術。現場端手持設備與監控端PC機通過GPRS公用移動網絡的數據通道進行直接的點對點遠程無線通信。

圖1 系統結構圖Fig.1 Structure of the system

手持設備獲取待檢測圖像，在完成內部處理后，通過GPRS模塊傳至遠程專用PC機，由PC機進行水印的檢測，并將結果返回給手持設備;由LCD顯示屏顯示最終檢測結果，如果檢測結果非法，蜂鳴器將會報警。

網絡終端節點就是手持設備，主要負責現場待檢測圖像信息的采集和發送。網絡終端節點對傳感器采集到的信息進行處理、打包，并通過無線方式發送至網絡協調器節點。網關節點由GPRS模塊組成，通過GPRS模塊上傳到GPRS網絡，并由GPRS網絡發送給遠程專用PC機，以供PC機進行水印提取與檢測;同時網關節點也將檢測結果傳送到手持設備，由LCD顯示屏顯示結果。

2 下位機設計

手持設備是基于無線GPRS信道移動公網的遠程圖像傳輸設備，是內部通電即用的一體化手持機裝置，可完全脫離PC機，是一種具有較高可靠性的便攜式設備。該手持設備集成了圖像采集、壓縮及傳輸等諸多功能，內置攝像頭、圖像壓縮卡、微控制器、SIM卡和GPRS通信模塊等。

該手持設備由數據采集模塊、微控制器模塊、人機交互界面模塊、無線傳輸模塊以及電源模塊等組成。數據采集模塊由圖像采集卡、A/D轉換部分組成，轉換后的數字信號交由微控制器進行處理。驅動顯示模塊完成人機間的信息交換，將數據傳至GPRS無線終端，無線傳輸模塊采用GPRS技術，通過GPRS網絡將數據發送到中國移動的內部網(CMNET);接著通過GPRS服務節點(GSN)，將數據傳輸到 Internet上，并在Internet上尋找一個指定的中心服務器［3］，即數字水印檢測專用PC機;PC機通過數據處理將數據進行解壓并進行數據還原;最后通過數字水印檢測系統進行水印的檢測，實現數據的反向傳輸。

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

人機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操作功能;采用點觸式按鍵和液晶顯示。手持設備的基本結構框圖如圖2所示。

圖2 手持設備基本結構框圖Fig.2 Basic structure of the handheld device

2.1 GPRS 模塊

無線傳輸技術采用GPRS技術，GPRS通信服務程序的主要功能是實現對GPRS Modem的操作。通過UART底層驅動程序和AT指令，對GPRS模塊進行初始化和建立網絡連接等操作，以API函數的形式供系統應用程序調用。

GPRS模塊上電后，首先完成網絡注冊等初始化工作，然后自動進行PPP拔號，再通過TCP/IP協議與位于互聯網上的遠程客戶端建立連接，從而為監控設備建立一條雙向透明傳輸的無線通信鏈路。通信鏈路建立后，遠程監控終端便可通過串口向GPRS DTU發送數據;GPRS DTU收到數據后將其封裝成 IP包，經GPRS網絡和Internet網絡發送到遠程專用PC機;數據中心通過以太網驅動程序即可獲取這些數據［6］。GPRS模塊內置TCP/IP協議，只需調用相應的AT命令對其進行設置，即可完成GPRS網絡和Internet的互連，實現數據的無線傳輸。

利用AT指令，控制GPRS模塊建立無線信道進行數據傳輸，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

待檢測票據圖像通過手持設備獲取，圖像經過A/D轉換之后變為數字信號，此數據流送入圖像壓縮編碼器進行壓縮處理。

JPEG2000編碼器如圖3所示。

圖3 JPEG2000編碼器Fig.3 JPEG2000 encoder

PC機的接收軟件則進行上述過程的逆操作，將接收到的數據流解壓縮，并在顯示屏上還原實時圖像。

3 上位機設計

3.1 檢測系統總體設計

遠程專用PC機的水印檢測系統是為票據版權進行檢測的專用軟件。本票據數字水印檢測系統主要實現的功能如圖4所示。

圖4 系統功能示意圖Fig.4 Diagram of system function

其中，數字水印檢測技術是針對不同的嵌入算法提出的檢測技術。數字圖像解碼過程是將無線傳輸上來的信號進行解密并解碼還原為待檢測圖像。數據庫中存有市面上出現的有嵌入水印的圖像記錄，原始水印是為了與檢測出的水印進行對比分析。加密算法庫是針對提出的水印序列進行反變換得到原始的水印。嵌入算法庫是針對每一種嵌入水印的圖像設計的名種嵌入算法，檢測算法是根據對應的嵌入算法進行實現的。

3.2 界面設計

遠程PC機上的水印檢測系統采用Visual C++編寫，進行由上到下的模塊式總體設計。Visual C++6.0的通信控件Mscomm能夠提供串行通信的全部功能，實現從串口讀入數據或寫數據到串口。程序的編寫、調試簡單方便，開發速度快。

Visual C++6.0通信控件封裝了通信過程中的底層操作程序，用戶只需設置和監控控件的屬性和事件，即可便捷地實現用戶和應用程序之間的異步串行通信。Visual C++6.0可以方便地完成數據的接收、顯示和存儲，向指定節點發送控制命令和數據以及信息的轉發等功能。系統具有良好的人機界面，可滿足無線傳感器網絡的基本需求。

4 結束語

本文以目前發展迅速的手持設備為核心，針對票據的盜版問題，設計了一種數字水印檢測系統［7－10］。系統利用手持設備進行圖像獲取，并將圖像信息傳送至遠程專用PC機進行水印的檢測;而用戶無法知道水印的算法，避免了算法的泄露，使數字產品版權保護更具有安全性。該方法給人們的日常生活帶來了許多便利，在實際生活中具有很大的現實意義。

［1］孫圣和，陸哲明，牛夏牧，等.數字水印技術及應用［M］.北京:科學出版社，2004.

［2］黃軒.基于手持移動設備上的考試平臺［J］.南昌大學學報:自然科學版，2008，32(4):363 －366.

［3］馬洪偉，盛翊智.GPRS技術在無線傳輸數據中的應用［J］.微機發展，2005，15(3):101 －103.

［4］詹克旭，胡文俊.基于嵌入式GPRS的手持通信設備的設計［J］.計算機應用與軟件，2011，28(3):250 －252.

［5］陳延文，王登弟，李海峰.基于T6963C的LCD模塊C51繪圖函數庫設計［J］.自動化儀表，2011，32(2):74 －77.

［6］田會峰.基于MSP430的移動式無線智能數據采集系統的設計與實現［J］.自動化與儀器儀表，2012(1):161－163.

［7］劉文怡，魯林.JPEG2000核心算法的改進及實現［J］.機械工程與自動化，2010(2):9 －11.

［8］胡娟，楊格蘭.圖像水印檢測系統的設計與實現［J］.科技創新導報，2007(34):150－151.

［9］王祖林，汪文婷.GPRS傳輸靜態圖像系統的設計與實現［J］.計算機技術，2006(4):37－40.

［10］董曉梅，胡蓉華，李曉華.一種基于數字水印的無線傳感器網絡數據識別傳輸方案［J］.武漢大學學報:自然科學版，2010，56(2):194－198.