數字內容保護方法

2023-05-25 23:11:41

專利名稱：數字內容保護方法
技術領域：
本發明涉及信息技術，特別涉及數字內容保護的方法。
背景技術：
在數字版權管理(DRM，Digital Rights Management)方面，中國目前還未得到 大範圍推廣，隨著網際網路電視的發展，內容正在向正版化發展，2009年，廣電總局關停了至 少500家以上的非法內容提供網站，其中包括BT網站、P2P網站等，同時，TCL、迅雷、優酷 等均被起訴採用了盜版的內容，網絡內容的正版化，使得內容版權的價格飆升，運營商需要 在內容方面投入更多的資金購買正版的內容，如果不採用內容保護技術，將對運營商的資 產造成非常大的威脅，同時也無法開展基於內容的運營，從內容提供商的角度看，目前包括 好萊塢等內容提供商，已經明確要求運營商必須採取數字版權管理技術，以防止內容被非 法傳播，從用戶的角度而言，目前基於網絡的交易已經非常普遍，用戶的敏感信息，包括用 戶的帳戶、密碼、私人照片等信息同樣需要得到有效的保護，以防止洩漏，內容提供商、運營 商、終端設備等均對內容保護提出了明確的需求。目前，已經出現了多種數字版權管理技 術標準以及系統，主要包括0MA DRM、微軟 DRM、RealNetworks DRM、Apple DRM、AVS DRM、 IGRS DRM、UCPS, HDCP, DTCP等，這些標準採用的加密算法有(1) RSA算法，RSA算法是被 研究的最廣泛的公鑰算法，從提出到現在已近二十年，經歷了各種攻擊的考驗，逐漸被人 們接受，普遍認為是目前最優秀的公鑰方案之一，RSA算法的安全性依賴於大數的因子分 解，但並沒有從理論上證明破譯RSA算法的難度與大數分解難度等價，即RSA算法的重大 缺陷是無法從理論上把握它的保密性能如何，而且密碼學界多數人士傾向於因子分解不是 NPC (Non-deterministic Polynomial COMPLETE，多項式複雜程度的非確定性問題)問題， RSA算法的缺點主要有A)產生密鑰很麻煩，受到素數產生技術的限制，因而難以做到一次 一個密碼；B)分組長度太大，為保證安全性，η至少也要600bits以上，使運算代價很高，尤 其是其速度較慢，較對稱密碼算法慢幾個數量級，且隨著大數分解技術的發展，這個長度還 在增加，不利於數據格式的標準化，目前，SET (Secure Electronic Transaction)協議中要 求CA採用2048比特長的密鑰，其他實體使用10M比特長的密鑰；C) RSA密鑰長度隨著保 密級別提高，增加很快。(2) ECC算法，橢圓橢圓曲線密碼體制是目前已知的公鑰體制中，對 每比特所提供加密強度最高的一種體制，與RSA算法相比較，ECC算法的優點是密鑰短，隨 加密強度的提高，密鑰長度變化不大，ECC算法是繼RSA算法後的一種新型的非對稱加密算 法，RSA算法與ECC算法均是非對稱加密算法，由於運算量特別大，因此一般僅用於少量數 據的加密，比如對密碼的加密，對於大量數據的音視頻內容的加密，一般採用對稱加密的方 式進行。(3)DES算法，DES算法為密碼體制中的對稱密碼體制，又被成為美國數據加密標 準，是1972年美國IBM公司研製的對稱密碼體制加密算法，其密鑰長度為56位，明文按64 位進行分組，將分組後的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密 方法，DES算法的優點是分組比較短、密鑰太短、密碼生命周期短、缺點是運算速度較慢，目 前一般都採用三重DES加密，更降低了運算的效率。(4)AES算法，密碼學中的高級加密標準(Advanced Encryption Mandard，AEQ，又稱Rijndael加密法，是美國聯邦政府採用的 一種區塊加密標準，這個標準用來替代原先的DES算法，已經被多方分析且廣為全世界所 使用，經過五年的甄選流程，高級加密標準由美國國家標準與技術研究院(NIST)於2001年 11月沈日發布於FIPS PUB 197，並在2002年5月沈日成為有效的標準，2006年，高級加 密標準已然成為對稱密鑰加密中最流行的算法之一，AES算法與DES算法比，安全性高，一 般只採用一重加密，因此，運算量比DES算法小，但是運算過程同樣複雜。 RC4算法，RC4 加密算法是大名鼎鼎的RSA三人組中的頭號人物Ron Rivest在1987年設計的密鑰長度 可變的流加密算法簇，之所以稱其為簇，是由於其核心部分的S-box長度可為任意，但一般 為256位元組，該算法的速度可以達到DES算法加密的10倍左右，且具有很高級別的非線性， RC4算法起初是用於保護商業機密的，但是在1994年9月，它的算法被發布在網際網路上，也 就不再有什麼商業機密了，RC4算法也被叫做ARC4 (Alleged RC4-所謂的RC4)，因為RSA從 來就沒有正式發布過這個算法，RC4算法的優點是算法簡單，速度快，缺點是由於RC4算法 加密是採用的xor，所以，一旦子密鑰序列出現了重複，密文就有可能被破解。以上三種算 法中，AES算法、DES算法、RC4算法均為對稱加密算法，AES算法與DES算法強度高，運算復 雜，RC4算法的計算複雜度稍低，這三種算法在多媒體內容的加密、通信的加密等方面得到 了廣泛的應用，但是這三種方法總體而言，運算量都比較大，同時不具備追蹤數源的功能。

發明內容
本發明的目的是克服目前各種數字內容保護方法都相對較複雜且不具備追蹤數 據源功能的缺點，提供一種數字內容保護方法。本發明解決其技術問題，採用的技術方案是，數字內容保護方法，其特徵在於，包 括以下步驟a.對原始音視頻內容進行量化與反量化，所述量化是將原始音視頻內容進行數字 化，以供編碼使用，反量化主要用於在編碼的過程中對後續幀進行預測；b.對量化後的視頻內容進行掃描分析，分析音視頻幀中的每個數據的特點；c.根據掃描分析的結果，在量化後的音視頻內容中嵌入水印；d.對加入水印信息後的音視頻內容進行熵編碼；e.對熵編碼完成後的音視頻內容利用輸入的密碼進行置換加密；f.置換加密後的音視頻內容再發送出去，完成整個數字內容的加密流程；g.解密時，通過輸入的密碼對接收到的音視頻內容進行置換解密；h.在對置換解密後的音視頻內容進行熵編碼；i.提取該音視頻內容中的水印信息；j.將使用者的信息通過水印嵌入到該音視頻內容中；k.對水印嵌入完成的音視頻內容進行反量化，輸出音視頻內容。具體的，步驟c包括以下步驟cl.隨機選取當前視頻I幀內的一個宏塊MBr，與當前處理宏塊MBc組成宏塊對；c2.從宏塊MBc的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些非零係數的和， 對於係數全為零的分塊，則直接跳過；c3.從宏塊MBr的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些非零係數的和，對於係數全為零的分塊，則直接跳過；c4.判斷宏塊MBc的非零係數的和是否大於等於宏塊MBr的非零係數的和，若是則 此關係量化的值為1，若不是則此關係量化的值為0 ；c5.將該關係量化的值與安全密鑰最低位進行異或運算，得到異或值，該異或值即 為宏塊MBc產生的水印信息；c6.根據由外部接口處獲得的水印安全密鑰選擇宏塊MBc中一個具有非零係數的 4x4亮度分塊作為待嵌入水印分塊，選擇方法為計算安全密鑰與具有非零係數的亮度分 塊個數的餘數，結果即為嵌入分塊在宏塊的所有非零亮度分塊中的位置，若不存在具有非 零係數的4x4亮度分塊則跳過該宏塊；c7.選擇U、V色度分塊，若當前幀的幀序號是奇數，則選擇U分塊，否則選擇V分 塊；c8.從選擇出的色度分塊中選取一個係數，選取方法為計算安全密鑰與色度分 塊中係數個數的餘數，結果即為所選係數在色度分塊中的位置；c9.計算新密鑰，計算過程是將密鑰、當前幀的幀序號、當前宏塊編號及根據上 一步所獲得的U或V分塊係數這四個向量取異或值；clO.選擇待嵌入水印係數，選擇方法為計算新密鑰與步驟c6選中的亮度分塊中 的非零係數個數的餘數，結果即為嵌入水印的係數在亮度分塊中所有非零係數中的位置；cll.計算待嵌入水印係數的高位(最低有效位除外)與水印產生過程中獲得的水 印信息的異或值；cl2.將待嵌入水印係數的最低有效位替換為步驟cll所獲得的異或值，嵌入水印完畢。進一步的，步驟e包括以下步驟el.確定交換算法A(Li)、f2(x)，其中，fl(x，i)為塊內數據交換算法、f2(x)為 塊間數據交換算法，X定義為輸入的密碼，i定義為置換的分塊的序號，對置換算法的要求 是，若把f(x，i)產生的數據作為代處理數據的序號，則能實現代處理數據內部之間的隨機 替換，並能實現還原，其中，數據塊內與塊間的數據交換密鑰Key可以不同，也可以相同。e2.將音視頻數據幀進行分塊，並對塊內數據按照一定規則進行排序；e3.產生交換索引數據，交換索引數據主要用於對塊內和塊之間的數據進行交換， 對於塊內的索引數據，要求索引值不可大於分塊數量的最大值，對於塊交換的索引數據，也 要求索引值不可大於幀分塊的最大值，可採用模運算的方式處理；e4.根據塊內索引數據完成塊內數據交換；e5.根據快交換的索引數據完成塊數據交換，完成整個置換加密過程。本發明的有益效果是，通過上述數字內容保護方法，可以以較低的運算量實現對 音視頻內容的加密處理，而且在音視頻內容中嵌入水印，實現對音視頻內容的追蹤，可追蹤 數據源。
具體實施例方式下面結合實施例，詳細描述本發明的技術方案。本發明所述數字內容保護方法為首先對原始音視頻內容進行量化與反量化，所述量化是將原始音視頻內容進行數位化，以供編碼使用，反量化主要用於在編碼的過程中 對後續幀進行預測，然後對量化後的視頻內容進行掃描分析，分析音視頻幀中的每個數據 的特點，再根據掃描分析的結果，在量化後的音視頻內容中嵌入水印，並對加入水印信息後 的音視頻內容進行熵編碼，再對熵編碼完成後的音視頻內容利用輸入的密碼進行置換加 密，最後將置換加密後的音視頻內容發送出去，完成整個數字內容的加密流程，解密時，通 過輸入的密碼對接收到的音視頻內容進行置換解密，然後再對置換解密後的音視頻內容進 行熵編碼，並提取該音視頻內容中的水印信息，然後將使用者的信息通過水印嵌入到該音 視頻內容中，最後對水印嵌入完成的音視頻內容進行反量化，輸出音視頻內容。實施例本例採用本發明所述數字內容保護方法。首先對原始音視頻內容進行量化與反量化，所述量化是將原始音視頻內容進行數 字化，以供編碼使用，反量化主要用於在編碼的過程中對後續幀進行預測，然後對量化後的 視頻內容進行掃描分析，分析音視頻幀中的每個數據的特點，再根據掃描分析的結果，在量 化後的音視頻內容中嵌入水印，其過程為首先隨機選取當前視頻I幀內的一個宏塊MBr， 與當前處理宏塊MBc組成宏塊對，該隨機選取的隨機數產生算法可以採用AVS數字版權管 理標準[7]中推薦的算法，也可以是自定義的算法，隨機數的範圍為1至當前幀中的宏塊 個數，以下的隨機選取的隨機數產生算法都與該步驟所使用的隨機數產生算法相同，再從 宏塊MBc的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些非零係數的和，對於係數全為 零的分塊，則直接跳過，然後從宏塊MBr的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些 非零係數的和，對於係數全為零的分塊，則直接跳過，再判斷宏塊MBc的非零係數的和是否 大於等於宏塊MBr的非零係數的和，若是則此關係量化的值為1，若不是則此關係量化的值 為0，再將該關係量化的值與安全密鑰最低位進行異或運算，得到異或值，該異或值即為宏 塊MBc產生的水印信息，然後根據由外部接口處獲得的水印安全密鑰選擇宏塊MBc中一個 具有非零係數的4x4亮度分塊作為待嵌入水印分塊，選擇方法為計算安全密鑰與具有非 零係數的亮度分塊個數的餘數，結果即為嵌入分塊在宏塊的所有非零亮度分塊中的位置， 若不存在具有非零係數的4x4亮度分塊則跳過該宏塊，再選擇U、V色度分塊，若當前幀的幀 序號是奇數，則選擇U分塊，否則選擇V分塊，然後從選擇出的色度分塊(U分塊、V分塊) 中選取一個係數，選取方法為計算安全密鑰與色度分塊中係數個數的餘數，結果即為所選 係數在色度分塊中的位置，再計算新密鑰，計算過程是將密鑰、當前幀的幀序號、當前宏塊 編號及根據上一步所獲得的U或V分塊係數這四個向量取異或值，然後選擇待嵌入水印系 數，選擇方法為計算新密鑰與上述步驟選中的具有非零係數的4x4亮度分塊中的非零系 數個數的餘數，結果即為嵌入水印的係數在亮度分塊中所有非零係數中的位置，再計算待 嵌入水印係數的高位(最低有效位除外)與水印產生過程中獲得的水印信息的異或值，最 後將待嵌入水印係數的最低有效位替換為上一步所獲得的水印信息的異或值，嵌入水印完 畢，然後對加入水印信息後的音視頻內容進行熵編碼，其步驟為首先確定交換算法f\(x， 土)、400，其中，打&，i)為塊內數據交換算法、f2(x)為塊間數據交換算法，χ定義為輸入 的密碼，i定義為置換的分塊的序號，對置換算法的要求是，若把f(x，i)產生的數據作為代 處理數據的序號，則能實現代處理數據內部之間的隨機替換，並能實現還原，其中，數據塊 內與塊間的數據交換密鑰Key可以不同，也可以相同，然後將音視頻數據幀進行分塊，並對塊內數據按照一定規則進行排序，再產生交換索引數據，交換索引數據主要用於對塊內和 塊之間的數據進行交換，對於塊內的索引數據，要求索引值不可大於分塊數量的最大值，對 於塊交換的索引數據，也要求索引值不可大於幀分塊的最大值，可採用模運算的方式處理， 然後根據塊內索引數據完成塊內數據交換，最後根據快交換的索引數據完成塊數據交換， 完成整個置換加密過程，再對熵編碼完成後的音視頻內容利用輸入的密碼進行置換加密， 最後將置換加密後的音視頻內容發送出去，完成整個數字內容的加密流程，解密時，通過輸 入的密碼對接收到的音視頻內容進行置換解密，然後再對置換解密後的音視頻內容進行熵 編碼，並提取該音視頻內容中的水印信息，然後將使用者的信息通過水印嵌入到該音視頻 內容中，最後對水印嵌入完成的音視頻內容進行反量化，輸出音視頻內容。
權利要求
1.數字內容保護方法，其特徵在於，包括以下步驟a.對原始音視頻內容進行量化與反量化，所述量化是將原始音視頻內容進行數位化， 以供編碼使用，反量化主要用於在編碼的過程中對後續幀進行預測；b.對量化後的視頻內容進行掃描分析，分析音視頻幀中的每個數據的特點；c.根據掃描分析的結果，在量化後的音視頻內容中嵌入水印；d.對加入水印信息後的音視頻內容進行熵編碼；e.對熵編碼完成後的音視頻內容利用輸入的密碼進行置換加密；f.置換加密後的音視頻內容再發送出去，完成整個數字內容的加密流程；g.解密時，通過輸入的密碼對接收到的音視頻內容進行置換解密；h.在對置換解密後的音視頻內容進行熵編碼；i.提取該音視頻內容中的水印信息；j.將使用者的信息通過水印嵌入到該音視頻內容中； k.對水印嵌入完成的音視頻內容進行反量化，輸出音視頻內容。
2.根據權利要求1所述數字內容保護方法，其特徵在於，步驟c包括以下步驟 cl.隨機選取當前視頻I幀內的一個宏塊MBr，與當前處理宏塊MBc組成宏塊對；c2.從宏塊MBc的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些非零係數的和，對於 係數全為零的分塊，則直接跳過；c3.從宏塊MBr的每個分塊中都隨機選取一個非零係數，計算這些非零係數的和，對於 係數全為零的分塊，則直接跳過；c4.判斷宏塊MBc的非零係數的和是否大於等於宏塊MBr的非零係數的和，若是則此關 系量化的值為1，若不是則此關係量化的值為0 ；c5.將該關係量化的值與安全密鑰最低位進行異或運算，得到異或值，該異或值即為宏 塊MBc產生的水印信息；c6.根據由外部接口處獲得的水印安全密鑰選擇宏塊MBc中一個具有非零係數的4x4 亮度分塊作為待嵌入水印分塊，選擇方法為計算安全密鑰與具有非零係數的亮度分塊個 數的餘數，結果即為嵌入分塊在宏塊的所有非零亮度分塊中的位置，若不存在具有非零系 數的4x4亮度分塊則跳過該宏塊；c7.選擇U、V色度分塊，若當前幀的幀序號是奇數，則選擇U分塊，否則選擇V分塊； c8.從選擇出的色度分塊中選取一個係數，選取方法為計算安全密鑰與色度分塊中 係數個數的餘數，結果即為所選係數在色度分塊中的位置；c9.計算新密鑰，計算過程是將密鑰、當前幀的幀序號、當前宏塊編號及根據上一步 所獲得的U或V分塊係數這四個向量取異或值；clO.選擇待嵌入水印係數，選擇方法為計算新密鑰與步驟c6選中的亮度分塊中的非 零係數個數的餘數，結果即為嵌入水印的係數在亮度分塊中所有非零係數中的位置；cll.計算待嵌入水印係數的高位(最低有效位除外)與水印產生過程中獲得的水印信 息的異或值；cl2.將待嵌入水印係數的最低有效位替換為步驟cll所獲得的異或值，嵌入水印完畢。
3.根據權利要求1或2所述數字內容保護方法，其特徵在於，步驟e包括以下步驟el.確定交換算法10^，1)、400，其中，打(1，i)為塊內數據交換算法、f2(x)為塊間 數據交換算法，χ定義為輸入的密碼，i定義為置換的分塊的序號，對置換算法的要求是，若 把f(x，i)產生的數據作為代處理數據的序號，則能實現代處理數據內部之間的隨機替換， 並能實現還原，其中，數據塊內與塊間的數據交換密鑰Key可以不同，也可以相同。 e2.將音視頻數據幀進行分塊，並對塊內數據按照一定規則進行排序； e3.產生交換索引數據，交換索引數據主要用於對塊內和塊之間的數據進行交換，對於 塊內的索引數據，要求索引值不可大於分塊數量的最大值，對於塊交換的索引數據，也要求 索引值不可大於幀分塊的最大值，可採用模運算的方式處理； e4.根據塊內索引數據完成塊內數據交換；e5.根據快交換的索引數據完成塊數據交換，完成整個置換加密過程。
全文摘要
本發明涉及信息技術。本發明解決了現有各種數字內容保護方法都相對較複雜且不具備追蹤數據源功能的問題，提供了一種數字內容保護方法，其技術方案可概括為通過嵌入水印的方式是各數據內容具備追蹤數據源功能。本發明的有益效果是，以較低的運算量實現對音視頻內容的加密處理，而且在音視頻內容中嵌入水印，實現對音視頻內容的追蹤，適用於數據內容的加密和解密。
文檔編號H04N7/50GK102143170SQ20111005885
公開日2011年8月3日 申請日期2011年3月11日 優先權日2011年3月11日
發明者劉賢洪, 康紅娟, 楊金峰 申請人:四川長虹電器股份有限公司