便携式票据数字水印检测系统的研究

张玉杰 张媛媛

(陕西科技大学电气与信息工程学院，陕西 西安 710021)

0 引言

随着数字化技术的不断发展，多媒体数字产品纷纷在网络上发布，其版权问题越来越引起人们的关注［1］。与人们生活息息相关的各种票据的造假问题，使人们对票据的信任度不断降低。而由于票据的真伪必须要到版权认证中心进行现场鉴定，不能够达到实时性的要求，给人们的生活带来诸多不便。

目前发展较迅速的手持设备具有随身携带方便、操作简单等特点［2］。本文设计了一种利用手持设备进行票据水印检测的方案，将拍摄到的待检测票据图像通过GPRS无线传输给远程专用PC机，以进行水印的实时提取与检测。

1 系统总体设计方案

本系统主要由手持设备与远程专用PC机两部分组成，系统结构如图1所示。系统以GPRS无线网络为依托，以数字图像的数字压缩、传输等技术为核心;手持设备涉及图像解压缩、水印检测技术、网络技术、计算机技术等众多先进的IT技术。现场端手持设备与监控端PC机通过GPRS公用移动网络的数据通道进行直接的点对点远程无线通信。

图1 系统结构图Fig.1 Structure of the system

手持设备获取待检测图像，在完成内部处理后，通过GPRS模块传至远程专用PC机，由PC机进行水印的检测，并将结果返回给手持设备;由LCD显示屏显示最终检测结果，如果检测结果非法，蜂鸣器将会报警。

网络终端节点就是手持设备，主要负责现场待检测图像信息的采集和发送。网络终端节点对传感器采集到的信息进行处理、打包，并通过无线方式发送至网络协调器节点。网关节点由GPRS模块组成，通过GPRS模块上传到GPRS网络，并由GPRS网络发送给远程专用PC机，以供PC机进行水印提取与检测;同时网关节点也将检测结果传送到手持设备，由LCD显示屏显示结果。

2 下位机设计

手持设备是基于无线GPRS信道移动公网的远程图像传输设备，是内部通电即用的一体化手持机装置，可完全脱离PC机，是一种具有较高可靠性的便携式设备。该手持设备集成了图像采集、压缩及传输等诸多功能，内置摄像头、图像压缩卡、微控制器、SIM卡和GPRS通信模块等。

该手持设备由数据采集模块、微控制器模块、人机交互界面模块、无线传输模块以及电源模块等组成。数据采集模块由图像采集卡、A/D转换部分组成，转换后的数字信号交由微控制器进行处理。驱动显示模块完成人机间的信息交换，将数据传至GPRS无线终端，无线传输模块采用GPRS技术，通过GPRS网络将数据发送到中国移动的内部网(CMNET);接着通过GPRS服务节点(GSN)，将数据传输到 Internet上，并在Internet上寻找一个指定的中心服务器［3］，即数字水印检测专用PC机;PC机通过数据处理将数据进行解压并进行数据还原;最后通过数字水印检测系统进行水印的检测，实现数据的反向传输。

手持设备的微控制器采用AT91SAM7X256嵌入式芯片［4］。该芯片最显著的特点是低电压工作，超低电流消耗，并内置T6963C［5］液晶显示驱动控制器。只需将传感器输出的模拟信号接入芯片，再将采集到的图像信息通过无线传输模块传输给PC机，即可由LCD显示PC机返回的信息。

人机交互模块主要是按键与显示模块。按键主要完成图像采集、图像处理和图像上传等各个操作功能;采用点触式按键和液晶显示。手持设备的基本结构框图如图2所示。

图2 手持设备基本结构框图Fig.2 Basic structure of the handheld device

2.1 GPRS 模块

无线传输技术采用GPRS技术，GPRS通信服务程序的主要功能是实现对GPRS Modem的操作。通过UART底层驱动程序和AT指令，对GPRS模块进行初始化和建立网络连接等操作，以API函数的形式供系统应用程序调用。

GPRS模块上电后，首先完成网络注册等初始化工作，然后自动进行PPP拔号，再通过TCP/IP协议与位于互联网上的远程客户端建立连接，从而为监控设备建立一条双向透明传输的无线通信链路。通信链路建立后，远程监控终端便可通过串口向GPRS DTU发送数据;GPRS DTU收到数据后将其封装成 IP包，经GPRS网络和Internet网络发送到远程专用PC机;数据中心通过以太网驱动程序即可获取这些数据［6］。GPRS模块内置TCP/IP协议，只需调用相应的AT命令对其进行设置，即可完成GPRS网络和Internet的互连，实现数据的无线传输。

利用AT指令，控制GPRS模块建立无线信道进行数据传输，具体指令如表1所示。

表1 AT指令表Tab.1 AT instructions

2.2 图像压缩与解压缩

待检测票据图像通过手持设备获取，图像经过A/D转换之后变为数字信号，此数据流送入图像压缩编码器进行压缩处理。

JPEG2000编码器如图3所示。

图3 JPEG2000编码器Fig.3 JPEG2000 encoder

PC机的接收软件则进行上述过程的逆操作，将接收到的数据流解压缩，并在显示屏上还原实时图像。

3 上位机设计

3.1 检测系统总体设计

远程专用PC机的水印检测系统是为票据版权进行检测的专用软件。本票据数字水印检测系统主要实现的功能如图4所示。

图4 系统功能示意图Fig.4 Diagram of system function

其中，数字水印检测技术是针对不同的嵌入算法提出的检测技术。数字图像解码过程是将无线传输上来的信号进行解密并解码还原为待检测图像。数据库中存有市面上出现的有嵌入水印的图像记录，原始水印是为了与检测出的水印进行对比分析。加密算法库是针对提出的水印序列进行反变换得到原始的水印。嵌入算法库是针对每一种嵌入水印的图像设计的名种嵌入算法，检测算法是根据对应的嵌入算法进行实现的。

3.2 界面设计

远程PC机上的水印检测系统采用Visual C++编写，进行由上到下的模块式总体设计。Visual C++6.0的通信控件Mscomm能够提供串行通信的全部功能，实现从串口读入数据或写数据到串口。程序的编写、调试简单方便，开发速度快。

Visual C++6.0通信控件封装了通信过程中的底层操作程序，用户只需设置和监控控件的属性和事件，即可便捷地实现用户和应用程序之间的异步串行通信。Visual C++6.0可以方便地完成数据的接收、显示和存储，向指定节点发送控制命令和数据以及信息的转发等功能。系统具有良好的人机界面，可满足无线传感器网络的基本需求。

4 结束语

本文以目前发展迅速的手持设备为核心，针对票据的盗版问题，设计了一种数字水印检测系统［7－10］。系统利用手持设备进行图像获取，并将图像信息传送至远程专用PC机进行水印的检测;而用户无法知道水印的算法，避免了算法的泄露，使数字产品版权保护更具有安全性。该方法给人们的日常生活带来了许多便利，在实际生活中具有很大的现实意义。

［1］孙圣和，陆哲明，牛夏牧，等.数字水印技术及应用［M］.北京:科学出版社，2004.

［2］黄轩.基于手持移动设备上的考试平台［J］.南昌大学学报:自然科学版，2008，32(4):363 －366.

［3］马洪伟，盛翊智.GPRS技术在无线传输数据中的应用［J］.微机发展，2005，15(3):101 －103.

［4］詹克旭，胡文俊.基于嵌入式GPRS的手持通信设备的设计［J］.计算机应用与软件，2011，28(3):250 －252.

［5］陈延文，王登弟，李海峰.基于T6963C的LCD模块C51绘图函数库设计［J］.自动化仪表，2011，32(2):74 －77.

［6］田会峰.基于MSP430的移动式无线智能数据采集系统的设计与实现［J］.自动化与仪器仪表，2012(1):161－163.

［7］刘文怡，鲁林.JPEG2000核心算法的改进及实现［J］.机械工程与自动化，2010(2):9 －11.

［8］胡娟，杨格兰.图像水印检测系统的设计与实现［J］.科技创新导报，2007(34):150－151.

［9］王祖林，汪文婷.GPRS传输静态图像系统的设计与实现［J］.计算机技术，2006(4):37－40.

［10］董晓梅，胡蓉华，李晓华.一种基于数字水印的无线传感器网络数据识别传输方案［J］.武汉大学学报:自然科学版，2010，56(2):194－198.