CN109255824A - 基于dct的防窜货编解码方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种可隐藏于商品外包装图像之中的编解码方法，涉及流通商品防伪追溯技术。基于DCT的防窜货编解码方法，该方法采用离散余弦变换(DCT)将流向不同地区的商品信息嵌入到相应的包装中，使得流通商品的外包装中的隐藏有相应的信息，且具有唯一性、抗干扰性、容量大和可追溯性等特点。使用本发明的方法，一方面将商品信息嵌入到包装图像的中频系数中，肉眼不易察觉，保持了原包装图样的美观，且能抵抗多数噪声攻击；另一方面可将嵌入的信息分散到图像的多个像素点中，抗剪切。
Description
技术领域
本发明涉及流通商品防窜货追溯系统领域。
技术背景
随着经济的持续发展和市场化的趋势，贸易的流通越来越高速和便利。但是商品生产企业面临的棘手问题，在商品流通过程中，生产商品的信息标注的不唯一性导致商品在流通过程中无法追溯，部分经销商对商品的仿制、对商品标注的破坏，使得生产企业蒙受了巨大的经济损失。
因此，如何防止在商品流通过程中的不可追溯和对标志的破坏现象，解决流通商品的流货和窜货等问题，成为国内外学者广泛关注的问题，同时也提出了许多解决上述问题的方法，其中以激光防伪、标签防伪、油墨防伪等印刷类为主，这些传统的防伪方法，在商品流通中容易伪造、受到人为破坏且破坏了商品包装本身的美感，达不到有效的防伪和防窜货的效果。目前针对低成本的商品外包装信息防窜货技术，还没有明确的基于DCT的防伪、抗干扰解决方法。
发明内容
本发明的目的在于一种基于DCT的防窜货编解码方法，用于商品外包装的抗干扰矩阵信息编解码方法，可有效地对流通中的商品进行防伪追溯、破坏后的信息修复。
DCT，即离散余弦变换，是数字图像处理技术中常用的一种实数域变换。一方面，对一幅图像进行离散余弦变换后，有关图像的重要可视信息都集中在变换后矩阵左上角的一小部分低频DCT系数中，从而可以通过修改中高频系数作为信息嵌入；另一方面，大多数噪声攻击会改变图像的高频成分。而商品运输过程中最易收到损毁和噪声的攻击，因此，本发明方法通过修改图像的中频系数，在操作方法简单可行的前提下，既保证了原图的质量，也能抵抗大多数噪声攻击。
为了达到以上目的，本发明采用的技术方案是：
一种用于商品外包装的抗干扰矩阵信息编解码方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)商品信息采集
采集商品信息，并转换成字母或数字；
2)生成原始二值序列信息
根据所需嵌入的商品信息，通过既定的转换法则，形成一一对应的关系的原始二值序列；
3)对原始图像进行变换
将需用于外包装的JPEG格式的原始图像颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式,然后分解成大小为8X8的小块，对每个小块的亮度层进行离散余弦变换，每个小块得到一个8X8的离散余弦变换的系数矩阵；
4)将商品信息嵌入变换域(体现创造性的步骤)
4.1将商品信息对应的原始二值序列在最多可嵌入的容量范围内重复循环，形成原始序列整数倍的循环二值序列；
4.2选取一个密钥，并根据所选密钥将循环后的序列嵌入到DCT系数中；
4.3对处理后的频域系数进行离散余弦逆变换(IDCT)，得到包含商品信息的处理后图像；
5)信息存储与信息冗余
将商品信息以及所使用的转换法则的映射存储于数据库中；
6)信息解码
商品流通过程中，编码受到干扰时，通过解码方法进行数据恢复、还原商品信息。
步骤3)中，所述的对原始图像进行处理，具体步骤为，将原始图像的颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式，并得到每个像素块亮度层(Y)和两个色度层(Cb、Cr)的值，然后分解成大小为8X8的互不重叠的矩阵，若行或列不是8的倍数，则复制最下或最右的行或列使其成为8的倍数。对每个8X8的亮度值矩阵计算DCT，每个亮度值矩阵得到一个8X8的DCT系数矩阵，其中(0,0)位置的元素为直流系数，其余的63个为交流系数，频率由左到右、由上到下增加。
步骤4)中，所述选取密钥，具体方法为，将每个8X8矩阵的DCT系数按照之字形进行排序，得到一串序号为0到63的数列，为将信息嵌入中频系数中，在15到48中选取四个整数作为嵌入密钥，每个8X8矩阵都根据密钥选出的4个系数用于嵌入信息。
步骤4)中，所述根据密钥将循环后的序列嵌入到DCT系数矩阵中，具体方法为，将密钥选出的每个8X8矩阵的四个系数按顺序排列，与循环二值序列一一对应。若图片像素值大小为m×n时，则共有4×m×n/(8×8)个系数，同样将这些系数进行排序。当商品信息对应的循环二值序列的值为1时，相应的系数设为0.5；值为0时，相应的系数设为-0.5。
步骤5)中，所述的冗余，具体表现为，二值序列在容量范围内重复循环并嵌入图片中，信息的冗余度非常高，这样可有效提高后续查找的准确度。
步骤5)中，所述的信息存储，即数据库中的信息存储，商品信息、编码密钥、商品信息对应的字母和数字、字母与数字对应的二值序列均存储在数据库中并相互关联；解码时通过查询数据库得到编码时所用的密钥，解码后将得到编码时所对应的循环二值序列，可通过在数据库中的比对，得到最终的产品信息。
步骤6)中，所述的信息解码，是信息嵌入的逆处理过程，当图像受到干扰时，通过离散余弦变换得到带有信息的DCT系数，并按如步骤4)所述的对应变换的逆变换还原出循环的二值序列，通过数据库进行比对，最终得到对应的商品信息。
由于采用了上述技术方案，本发明可以有效的将商品信息肉眼不可感知地融入商品外包装，对于窜货商品和表面包装受到加噪、撕毁、涂抹等破坏的商品，能够较好的还原原始信息。可以使得企业管理商品的信息流向、减少商品窜货，减少经济损失。
附图说明
图1是8X8矩阵按照之字形进行排序后对应序号的示意图。
图2是编码流程示意图。
图3是解码流程示意图。
具体实施方式
基于DCT的防窜货编解码方法，该方法采用离散余弦变换(DCT)将流向不同地区的商品信息嵌入到相应的包装中，使得流通商品的外包装中的隐藏有相应的信息，且具有唯一性、抗干扰性、容量大和可追溯性等特点。使用本发明的方法，一方面将商品信息嵌入到包装图像的中频系数中，肉眼不易察觉，保持了原包装图样的美观，且能抵抗多数噪声攻击；另一方面可将嵌入的信息分散到图像的多个像素点中，抗剪切。
以下结合附图和实例，重点介绍本发明方法技术方案中的关键步骤，有利于更好理解本发明方法技术方案。
一、编码
将原始图像的颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式，并得到每个8X8小块的Y层DCT系数矩阵后：
(1)将每个8X8的DCT系数按照之字形进行排序，如图1所示，重新排列，
(2)在数字15到48之中选择四个整数作为嵌入密钥，每个图像块都根据密钥选出的4个系数用于嵌入信息，对应关系如图1所示；
(3)将密钥选出的每个8X8矩阵的四个系数按顺序排列，同时按照矩阵块在整个Y层DCT系数阵中的顺序将所有被选出的系数排序，与循环二值序列一一对应。当循环后的二值序列的值为1时，相应的系数设为0.5；值为0时，相应的系数设为-0.5。
二、解码
由编码方法可知，基于DCT防窜货的解码方法为：
(1)将原始图像的颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式，并得到每个8X8小块的Y层DCT系数矩阵；
(2)根据编码时所用的密钥找出嵌入信息的四个系数，并将所有这些系数按顺序排列，同时按照矩阵块在整个Y层DCT系数阵中的顺序将所有被选出的系数排序；
(3)将这些系数中的正数转化为1，负数转化为0，得到一串部分损坏的循环二值序列；
(4)通过数据库进行比对和匹配，得到对应的商品信息。
Claims (7)
1.基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)商品信息采集
采集商品信息，并转换成字母或数字；
2)生成原始二值序列信息
根据所需嵌入的商品信息，通过既定的转换法则，形成与字母或数字一一对应的关系的原始二值序列；
3)对原始图像进行变换
将需用于外包装的JPEG格式的原始图像颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式,然后分解成大小为8X8的小块，对每个小块的亮度层进行离散余弦变换，每个小块得到一个8X8的离散余弦变换的系数矩阵；
4)将商品信息嵌入变换域
将步骤2)中的原始二值序列在最多可嵌入的容量范围内重复循环，形成原始序列整数倍的循环二值序列；选取一个密钥，并根据所选密钥将循环后的序列嵌入到原始外包装图像的离散余弦变换系数中，对处理后的频域系数进行离散余弦逆变换，得到包含商品信息的外包装图像；
5)信息存储与信息冗余
将商品信息以及所使用的转换法则的映射存储于数据库中；
6)信息解码
商品流通过程中，编码受到干扰时，通过解码方法进行数据恢复、还原商品信息。
2.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤3)中，所述的对外包装原始图像进行处理，具体步骤为，将原始图像的颜色模式从RGB模式转化到YCbCr模式，并得到每个像素块亮度层(Y)和两个色度层(Cb、Cr)的值，然后分解成大小为8X8的互不重叠的矩阵，若行或列不是8的倍数，则复制最下或最右的行或列使其成为8的倍数；对每个8X8的亮度值矩阵计算DCT，每个亮度值矩阵得到一个8X8的DCT系数矩阵。
3.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤4)中，所述选取密钥，具体方法为，将每个8X8矩阵的DCT系数按照之字形进行排序，得到一串含有64个系数的数列，序号为0到63；为将信息嵌入中频系数中，在15到48中选取四个整数作为嵌入密钥，每个8X8矩阵都根据密钥选出的4个系数用于嵌入信息。
4.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤4)中，所述根据密钥将循环后的序列嵌入到DCT系数矩阵中，具体方法为，将密钥选出的每个8X8矩阵的四个系数按顺序排列，与循环二值序列一一对应；若图片像素值大小为m×n，则共有C＝4×m×n/(8×8)个系数，同样将这些系数进行排序；当商品信息对应的循环二值序列的值为1时，相应的系数设为0.5；值为0时，相应的系数设为-0.5。
5.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤5)中，所述的冗余，具体表现为，原始二值序列在容量范围内重复循环并嵌入图片中，信息的冗余度非常高，这样可有效提高后续查找的准确度。
6.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤5)中，所述的信息存储，即数据库中的信息存储，商品信息、编码密钥、商品信息对应的字母和数字、字母与数字对应的二值序列均存储在数据库中并相互关联；解码时通过查询数据库得到编码时所用的密钥，解码后将得到编码时所对应的循环二值序列，可通过在数据库中的比对，得到最终的产品信息。
7.如权利要求1所述的基于DCT的防窜货编解码方法，其特征在于，步骤6)中，所述的信息解码，是信息嵌入的逆处理过程，当图像受到干扰时，通过离散余弦变换得到带有信息的DCT系数，并按如权利要求3所述的对应变换的逆变换还原出循环的二值序列，通过数据库进行比对，得到对应的符号，最终得到对应的商品信息。
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