专利名称：无线电子票据生成与检测方法
技术领域：
本发明涉及模式识别领域，特别涉及结合数字水印技术和无线通讯技术的新型电子票据生成与检测方法。
背景技术：
无线网络技术，近年来呈现出爆炸式的发展势头。随着网络技术的发展，无线网络愈来愈影响到人们的日常生活。人们对于无线网络中多媒体的应用需求也变得强烈，如电子邮件、视频播放、无线游戏等等。所谓数字水印就是往多媒体数据(如图像、音频、视频等数字信号)中添加某些信息以达到著作权声明、许可使用条件等知识产权的保护。发展数字水印技术的原动力是为多媒体数据提供版权保护，但事实上数字水印在电子数据的真伪鉴别、数字产品的隐含标注以及网络的秘密通信中也有非常重要的作用。从应用的角度看，数字水印可分为两大类鲁棒性水印和脆弱性水印。鲁棒性水印可以用于确认内容创建者、购买者。脆弱性水印可用于多媒体真伪鉴别，即当多媒体内容受到怀疑时，对其进行验证，并指出篡改位置，甚至攻击类型等。
虽然数字化和无线网络通讯技术的发展极大地推动着数字媒体的传播和应用，但是，大量的图片仍然以印刷纸质的方式存在，如参观游览公园时购买的门票、观看电影或演出时购买的入场券、乘坐飞机或火车时购买的飞机票或火车票，等等。可以说，日常生活中的纸质票据无处不在。在使用纸质票据的同时，人们需要履行排队购票、现金交易、窗口取票、携带纸票、票据消费一系列过程。在这样的过程中，纸质票据也容易遭受到假冒伪造的侵袭。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于无线网络运用数字水印嵌入数字图像生成电子票据，并进行有效检测的方法。
为实现上述目的，一种无线电子票据生成方法，包括步骤将用户号码和售票号码相与产生一个数，根据这个数产生一个随机序列；对原图像RGB各分量取DWT(小波变换)变换，将水印嵌入到DWT系数中；对处理后的系数进行小波逆变换，得到添加水印后的图像。
本发明克服了传统印刷纸质票据的弱点，也将改变人们的基本生活方式。该发明中，通过在票据中加入包含售票部门和购票个人信息的数字水印，保证电子票据的真实性，也保证了电子票据的唯一可用性。同时，从电子票据中检测数字水印的方法，它保证正确嵌入了数字水印的票据能够通过检测，而包含错误数字水印或不含有数字水印的票据不能通过检测。
图1是无线电子票据系统框架图；图2是无线电子票据生成过程方框图；图3是无线电子票据检测过程方框图；图4是真实的电子票据；图5是伪造的电子票据。
具体实施例方式
如图1所示，当用户需要购买电子票据时，利用移动设备终端(如笔记本、个人数字助理PDA或能显示图片的手机)通过无线网络(如无线局域网WLAN，或支持GSM、GPRS、CDMA的网络)，发送用户个人信息和购票申请到电子票据生成系统。票据生成系统根据获得的用户信息和申请要求，确认后，选择售票单位和原始数字图像，嵌入水印，生成电子票据，并将其再通过无线网络发送回用户移动设备终端。当用户使用电子票据时，通过无线网络发送存放在移动设备终端中的电子票据和必要的用户信息到检测系统。检测系统对接收到的电子票据和用户信息，检测电子票据中的水印信息，从而判断票据的真伪。
移动设备普遍具有计算能力弱的特点，本发明针对这个特点，在生成嵌有水印的电子票据时采用整数小波变换，大大提高运算速度，满足移动设备计算的能力。针对移动传输环境的低速码率特点，本发明中的水印可以支持渐进式编码，在图像不完全传输的情况下，得到正确检测结果。
由于各个色彩空间色域的不同，图像在不同空间转换时，不可避免地要丢失信息。本发明中采用的是色彩空间RGB。在图像变换方面，本发明选用整数小波变换。与浮点小波运算相比，整数小波变换速度要快得多。另外，由于大多数的整数小波的乘除运算都是涉及2的整数倍，所以可以将乘除运算转化为移位运算，这样还可以大大提高运算速度。这样的运算方法更适合无线计算环境。
在电子票据生成时，将原始数字图像的RGB三个分量图像分别进行小波变换，在中频和高频处分别嵌入水印。第一步，对嵌入票据的水印进行构造。以加入用户参数为身份证号码，和售票单位设定一个号码为例子；先将这两个号码相与，产生一个数，然后根据这个数产生一个大小为Nx×Ny的随机序列，其中Nx、Ny原图像的宽和高，这个随机序列的均值为零，然后将随机序列转化二维矩阵形式。第二步，对原图像RGB各分量取DWT变换，找出DWT系数中频和高频的对应系数，并将水印通过线性运算嵌入到DWT系数中，其中使用一个考虑人的视觉效果的加权函数，并用参数控制水印强度。第三步，对处理后的系数进行小波逆变换，得到添加水印后的图像。最后，由于嵌入水印的影响可能会产生溢出现象，需要对逆变换后的图像像素进行适当的取整。
在原始数字图像中嵌入水印生成电子票据时，通道容量是一个与水印鲁棒性及水印的不可察觉性紧密联系在一起的重要因素。鲁棒性要求容量尽可能地多，不可察觉性则要求加入的容量有一个上限。两者之间是相互矛盾的。Barni从人的视觉敏感性角度提出了一个基于静止图像的数据隐藏系统的视觉模型(HVS)，考虑到如下几个方面人眼对噪声的敏感性，人眼对亮度的敏感性，人眼对纹理的敏感性。实验表明，人眼对高频和45°方向子带不敏感，因此可以在这些子带里多嵌入一些信息；人眼对高亮度和低亮度区域不敏感，可以在这些区域多嵌入一些信息；人眼对高纹理和边缘区域不敏感，可以多嵌入一些信息。从这一模型出发，可以计算出各个小波系数的优化权值w(i，j)，以达到不影响人的视觉效果的前提下，嵌入尽量多的信息的目的。尽管关于信息容量的估计仍有许多不足之处，但为容量的估计提供了一个非常好的思路。在图像质量评价指标PSNR选38dB，水印强度系数α选择为0.25。
在对用户持有电子票据进行检测时，第一步，用户输入购票时自己使用的号码，检测系统将该号码与售票单位设定的号码相与，产生一个数，根据这个数产生一个随机序列，该随机序列与生成电子票据时嵌入的序列一样大小。并将这个随机序列转化为二维矩阵形式。第二步，对接收到的电子票据的RGB各个分量进行小波变换，将随机序列与小波变换后的中频、高频系数相乘，并将这些相乘的结果累加起来，然后，除以参与运算的小波系数的个数。第三步，将这个运算结果(ρ)与一个设定的阈值(T)相比较，如果该运算结果大于阈值就认为是真的票据，否则，就为假票据。由于受到无线传输条件的影响，接收到的图像很可能是有损压缩后的图像，甚至大压缩比的有损压缩，例如JPEG2000的位平面编码方式，并只传输一个位平面的情况；那么可以根据接受到的图像的压缩情况，适当调整阈值设定，以达到正确检测的目的。
数字图片的无线传输，其特点是电子票据无需通过第三方，从售票方直接快速到达购票者随身携带的无线设备中。利用已有的无线传输设备，直接发送申请者的请求购票信息，申请者无需象传统方式那样排队购票。票据是以数字图片的形式即时传送到使用者随身携带的无线设备上，使用者无需象传统方式那样排队取票。使用者无需再另外携带纸质票据，可以有效节约木材资源。在验证票据时，电子票据的使用者提供无线设备中票据图片，方便快捷。
无线电子票据使人们的生活变得更加方便，但也承担着被假冒的风险。数字水印技术和无线传输技术结合使用，来进行电子票据的防伪。对于将要被使用的数字票据图片，先进行数字水印处理，预设一些判别信息，然后再将电子票据无线传送给使用者。通过检测使用者提供的电子票据中的水印，确定他所拥有的电子票据的真伪，以及他所拥有的电子票据确实是他申请购买的票据，从而达到安全确认的目的。如果检测到的信息和嵌入的信息相同或者相近，判为真；反之，为伪。
权利要求
1.一种无线电子票据生成方法，包括步骤将用户号码和售票号码相与产生一个数，根据这个数产生一个随机序列；对原图像RGB各分量取DWT(小波变换)变换，将水印嵌入到DWT系数中；对处理后的系数进行小波逆变换，得到添加水印后的图像。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于还包括步骤如果嵌入水印后产生溢出现象，则对逆变换后的图像像素进行取整。
3.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的用户号码是用户身份证号码、指纹、虹膜、人脸、声纹。
4.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的将水印嵌入到DWT系数中还包括步骤在高频和45°方向子带多嵌入水印信息。
5.按权利要求1所述的方法，其特征在于所述的将水印嵌入到DWT系数中还包括步骤在高亮度和低亮度区域多嵌入水印信息。
6.一种无线电子票据检测方法，包括步骤将用户号码和售票号码相与产生一个数，根据这个数产生一个随机序列；对接收到的电子票据的RGB各个分量进行小波变换，将随机序列与小波变换后的中频、高频系数相乘，并将相乘的结果累加后除以参与运算的小波系数的个数；将运算结果与设定的阈值相比较，如果运算结果大于阈值，则票据是真的，否则是假票。
全文摘要
一种无线电子票据生成方法，包括步骤将用户号码和售票号码相与产生一个数，根据这个数产生一个随机序列；对原图像RGB各分量取DWT(小波变换)变换，将水印嵌入到DWT系数中；对处理后的系数进行小波逆变换，得到添加水印后的图像。本发明克服了传统印刷纸质票据的弱点，也将改变人们的基本生活方式。通过在票据中加入包含售票部门和购票个人信息的数字水印，保证电子票据的真实性，也保证了电子票据的唯一可用性。同时，从电子票据中检测数字水印的方法，它保证正确嵌入了数字水印的票据能够通过检测，而包含错误数字水印或不含有数字水印的票据不能通过检测。
文档编号G06F7/58GK1538287SQ0311014
公开日2004年10月20日 申请日期2003年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者王明生, 侯启槟, 黄向生, 周晓旭 申请人:中国科学院自动化研究所