支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法

2023-05-22 03:15:46

專利名稱：支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法
技術領域：
本發明屬於多媒體內容保護技術領域，特別是一種在廣播環境下實現了支持預覽 和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法。
背景技術：
多媒體數據廣播能夠一次將多媒體數據以廣播的方式傳播給多個用戶，即發送者 僅發送一個數據流，多個用戶都可以接收到這個數據流。在多媒體版權保護中，數字水印發揮了重要的作用。數字水印可分為可視水印和 不可見水印兩類，這兩類水印技術在多媒體版權保護中分別發揮了不同的作用。可視水印技術通過在多媒體數據中嵌入標示有版權資訊的可視水印(如logo 等)來保護多媒體數據的版權。可視水印按照能否恢復原始圖像可分為可擦除水印與 不可擦除水印有的可視水印可以被提取並擦除，從而恢復出原始圖像，這樣的水印被稱 作可可視擦除水印，反之，不可恢復原始圖像的可視水印則為可視不可擦除水印。目前， 已有的可視可擦除水印方法有在偽隨機序列的控制下，將水印交叉嵌入到圖像中的兩 個相鄰位面(Hu Y, Jeon B. Reversible νisib 1 ewatermarking and lossless recovery of original images[J]. IEEE Transactions onCircuits and Systems for Video Technology, 2006,16(11) :1423 14 )；基於 HVS 將可視水印嵌入到 DCT 域中(Mohanty， S. P, Ramakrishnan, K. R and KankanhalIi, Μ. A DCT domain visible watermarking technique for images. Multimedia and Expo,2000. ICME 2000.2000IEEE International Conference on Volume 2,30 July-2Aug. 2000 Page (s) 1029-1032vol. 2.)；將 HVS 弓丨入 到可視可擦除水印中來保證水印和原圖更高的圖像質量(YYang，X Sun, H Yang, CT Li， R Xiao. A Contrast-SensitiveReversible Visible Image Watermarking Technique. IEEE TRANSACTIONS ONCIRCUITS AND SYSTEMS FOR VIDEO TECHNOLOGY, VOL. 19，NO. 5， MAY2009.)；讓-弗朗索瓦·維亞爾提出一種將可移除可見水印插入到圖像中的方法和設備 以及移除這種水印的方法和設備。(將可移除可見水印插入到圖像中的方法和設備以及移 除這種水印的方法和設備。讓-弗朗索瓦 維亞爾。專利申請號CN 101889433A。)為了追蹤非授權用戶對於多媒體的惡意拷貝或分發，可以在多媒體數據中嵌入 一些不可見的版權資訊(數字指紋)來保護多媒體數據的版權。如果嵌入了版權標識 的多媒體載體被非授權的進行了分發，通過提取此標識，可以追溯其來源。目前，已有的 數字指紋方法有利用冊碼作為正交的指紋碼分發給每個用戶(B.-H. Cha and C.-C. Jay Kuo, 「 Design of multiuser collusion-free hiding codeswith delayed embedding, 〃 IEEE International Conference on Intelligent Informationhiding and Multimedia Signal Processing(IIHMSP)， Kaohsiung City, Taiwan, November 26-28,2007.) ；D. Boneh and J. Shaw 提出 了一種編碼的數字指紋方法(D. Boneh and J. Shaw, Collusion-secure fingerprinting for digital data, IEEETransactions of Information Theory 44(1998)，480-491.)；以數字指紋、拷貝檢測技術為核心，提供了一種網絡多媒體版權主動追蹤與監視系統，該系統實現了版權主動追蹤機制，克服了傳統數 字指紋系統的被動缺陷。(網絡多媒體版權主動追蹤與監視系統。凌賀飛，鄒復好，馮輝，王 麗雲，李平。專利申請號201010104477. 6。)通常在付費收看的多媒體廣播環境下，用戶會要求根據預覽到的節目片段的精彩 程度來判斷是否付費觀看。因此，可將可視可擦除水印應用於多媒體數據廣播中以支持對 多媒體視頻數據的預覽功能。圖1給出了一個標準的可視可擦除水印的在多媒體廣播中的 應用框架。在多媒體廣播前先嵌入一個表示有版權資訊的可視水印。在接收端，用戶可以 預覽帶有可視水印的多媒體數據並且如果對此多媒體節目感興趣，可以購買可視水印的擦 除密鑰來完全擦除可視水印並獲得高質量的多媒體節目。在現有的可視可擦除的水印方法中，存在一個潛在的問題當用戶利用正確的密 鑰將可視水印從多媒體載體中擦除後，該用戶可以將擦除了可視水印的多媒體分發給其他 的未經授權的用戶。這種多媒體的超分發會給多媒體的版權所有者帶來巨大的經濟利益上 的損失，而可視可擦除的水印方法的本身並不能追蹤到非授權的超分發用戶。

發明內容
本發明的目的在於提供一種在廣播環境下具有預覽功能的可視可擦除水印的多 媒體版權保護方法，使得嵌入的可視水印是可以通過購買擦除密鑰進行擦除，並且還能對 擦除後的多媒體版權進行追蹤。實現本發明目的的技術解決方案為一種支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版 權保護的方法，步驟如下1. 1可視水印的嵌入，在發送端，改變可視水印的每個DCT係數，然後將改變後的 每個DCT係數圖像加至到視頻數據的DCT係數上，含有水印的視頻數據通過廣播網傳輸到 接收端，供接收端預覽；1.2接收端與發送端交互，在接收端，用戶通過預覽觀看含有水印的視頻數據，如 果有興趣，向發送端購買可視水印的擦除密鑰，在用戶付費後，發送端向接收端傳輸水印密 鑰以及該用戶的數字指紋密鑰；1. 3用戶在接收端利用接收到的水印密鑰來擦除可視水印，恢復高質量的視頻數 據；在可視水印擦除的同時，用戶利用接收到的數字指紋密鑰向擦除了可視水印的視頻數 據嵌入用戶的數字指紋。本發明與現有技術相比，其顯著優點(1)廣播信號提供商只需要向其所有用戶 廣播同一路信號，而用戶可以通過預覽的方式來決定是否購買更高質量的信號。(2)在接 收端嵌入的數字指紋可以用來追蹤用戶的非授權分發，更好的保護了廣播信號提供商的利 益。( 此方法搭建的廣播環境下可視可擦除水印的多媒體版權保護方法能讓廣播信號提 供商收到更高的收益，並且多媒體版權也能得到很好的保護。下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。


圖1是基於可視可擦除水印的多媒體預覽。圖2是本發明支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法的流程圖。
圖3是視頻數據的某一幀以及水印圖像(a)原始視頻中的某一幀；(b)水印圖像。圖4是可視水印的嵌入過程。圖5是可視水印嵌入的結果。圖6是可視水印的擦除以及數字指紋的嵌入過程。圖7是可視水印的擦除以及用戶信息的嵌入結果。
具體實施例方式本發明支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，在發送端(如服務 器端等)與接收端(如用戶端等)分別完成，如圖2所示。在

中，符號「⑤，，表示乘 法的運算，「Θ，，表示減法的運算，「Θ，，表示加法的運算。結合圖4，以視頻為例，給出可視水印以在發送端的嵌入方法，具體步驟如下(1)多媒體視頻數據的每幀以及可視水印圖像數據分別作不重疊oXq(o、q的取 值根據原始圖像以及水印圖像的大小確定，可以相同，也可以不同。下面以8X8為例進行 說明)的分塊。然後，在每個8X8塊上作DCT變換以及Z字形掃描後，得到視頻數據的每 幀和水印圖像係數 C = {c。，C1,... , cL_J 和 W = {w0, W1,... , wL_J。(2)產生偽隨機序列。在隨機數產生器的作用下，利用密鑰Ks和Km生成隨機序 列S = (s0, S1, ... , Sl^1)和M = Ov Hl1, ... , Hl^1)。其中，L為隨機序列的長度，並且有 a ^ Si ^b0序列HIi為二值序列，且有HIi e {-1,1} O(3)可視水印的嵌入。將水印圖像的每個DCT係數Wi和序列Si、相乘，相乘後的水 印係數為miSiWi。再將水印係數miSiWi和視頻DCT係數Ci按照位置對應相加，用以下的過 禾呈表不Yi = CjmiSiWi i = 0,1, . . . , L-1其中，Yi是可視水印嵌入後的第i個DCT係數。在嵌入水印後的視頻DCT係數進 行Z字形逆掃描，8X8的DCT反變換後，得到含有可視水印的多媒體視頻數據。圖3(a)為 視頻數據的某一幀。圖3(b)為可視水印圖像。圖5給出了嵌入了水印後的視頻某一幀的 結果。可以看出，嵌入的水印標識了多媒體信號服務商的版權並且極大的影響了視頻信號 的觀看效果。最後，再將含有可視水印的多媒體視頻數據通過廣播網絡傳至網絡上的每個 用戶。在接收端，當用戶接收到了多媒體數據，觀看到的是含有可視水印的多媒體節目。 用戶通過觀看帶有水印的視頻來決定是否購買無水印的多媒體信號。用戶和伺服器端交互 的過程以及可視水印的擦除過程如下(1)用戶j想要觀看這個節目的高質量版本(無可視水印的視頻)，在進行支付費 用了以後，用戶j向伺服器端發送申請，並上傳自己的申請信息化。(2)發送端向用戶發送三個密鑰種子，其中作為可視水印的擦除密鑰，Kj 是作為產生該用戶的數字指紋的密鑰，即伺服器根據用戶的用戶信息產生該用戶唯一對應 的數字指紋的密鑰Kj,並將水印擦除密鑰Ks、Km,以及Kj通過安全的信道傳給用戶j。(3)在客戶端，如圖6所示，水印的擦除過程如下1)用戶對水印圖像以及接收到的含有水印的視頻數據以及作不重疊8X8的分塊 操作。然後，在每個8X8塊上作DCT變換以及Z字形掃描。
2)分別利用密鑰KyKs^PKj，通過隨機數發生器分別產生隨機序列S= (s0, S1, ... , Sh)，M = Ov Iii1, ... , IV1)和 Pj = (ρ。, j, P1, j, . . . , Pmjj)。其中，隨機序列 S 和 M 與伺服器端產生的隨機序列S和M是一樣的，為可視水印的擦除序列。其中，Pq e {-1， l},i =0,1,..., N-1,N為隨機序列P」的長度，Pj為第j個用戶的指紋信息)。3)令當前幀的視頻DCT係數和可視水印的DCT係數分別為Y = (y0, y1; . . .，y^) 和W = {w0, W1,... , wL_J，利用隨機序列S和M做如下的運算Ci = Yi-HiiSiWi i = 0,1, . . . , L-I在上述操作完成後，每個8X8的DCT視頻係數Ci中我們取中頻係數(這裡，我們 取第6個到第15個DCT係數)。設提取的中頻係數為C』 = (cQ，Cl，...，(V1),這裡N為中 頻係數的個數，做數字指紋的嵌入，嵌入過程如下yl =C^puI = 0,1, ... ,N這裡，YKW,y/，...，0為嵌入了數字指紋的第j個用戶的中頻係數。取DCT的中 頻係數是在魯棒性與不可感知性取折中，在DCT的中頻係數上做微小的改動不會影響到多 媒體數據的視聽質量。由上式可見，由於在客戶端產生了和伺服器端相同的偽隨機數序列S 和M，因此，可視水印的嵌入與擦除是一個完全可逆的過程，即可視水印完全從多媒體載體 中擦除。對於沒有正確的可視水印密鑰而擦除水印得到的是一個質量很低的多媒體版本， 而正確的水印密鑰能完全擦除可視水印得到一個高質量的多媒體版權。我們可以看出，通 過授權用戶對於可視水印的擦除，擦除後的數據只包含有原始的載體數據以及第j個用戶 的指紋信息。最後，再進行8X8的DCT逆變換就可以得到高質量的多媒體數據。圖7(a) 給出了可視水印擦除以及數字指紋嵌入後的一幀視頻的結果。由圖可以看出，可視水印擦 除後的多媒體數據保持了很高的質量。並且，嵌入在DCT中頻係數的數字指紋對於人的肉 眼來說是不可見的。圖7(b)給出了用戶利用錯誤的密鑰擦除水印後的結果，可以看出，利 用錯誤的密鑰擦除後的多媒體數據毫無觀看質量。(4)對於擦除了可視水印的用戶，若該用戶進行了非授權的載體分發，可以利用相 關檢測來追蹤該用戶分發。假設有D個用戶(Utl，U1,. . .，Uih)訂購了多媒體視頻。由於嵌入 的用戶信息h由隨機數發生器產生的{_1，1}的偽隨機數，因此它實際上是一種正交的數 字指紋碼，可以利用相關運算來檢測。提取含有數字指紋的DCT中頻係數r = #,...,》_,)， 相關運算的過程如下θ (j) ==「，『 j = 0，1，· · ·，D-I
^Jz=O Pu這裡，D為用戶的總數，檢測要進行D次，每次會得到一個相關值。判斷第j個用
戶是否為非授權分發者的依據如下
f第j個用戶非授權分發= Di
1第j個用戶沒有非授權分發，』…』「其中，λ為閾值，由實驗得出。由上面我們可以看到，授權的用戶可以擦除可視水 印並恢復高質量的原始多媒體數據。如果該用戶將此高質量的多媒體數據進行了非授權的 分發，嵌入在其中的不可見數字指紋可以追蹤到該用戶。
權利要求
1. 一種支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，其特徵在於步驟如下1. 1可視水印的嵌入，在發送端，改變可視水印的每個DCT係數，然後將改變後的每個 DCT係數圖像加至到視頻數據的DCT係數上，含有水印的視頻數據通過廣播網傳輸到接收 端，供接收端預覽；1.2接收端與發送端交互，在接收端，用戶通過預覽觀看含有水印的視頻數據，如果有 興趣，向發送端購買可視水印的擦除密鑰，在用戶付費後，發送端向接收端傳輸水印密鑰以 及該用戶的數字指紋密鑰；1.3用戶在接收端利用接收到的水印密鑰來擦除可視水印，恢復高質量的視頻數據； 在可視水印擦除的同時，用戶利用接收到的數字指紋密鑰向擦除了可視水印的視頻數據嵌 入用戶的數字指紋。
2.根據權利1所述的支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，其特徵在 於可視水印的嵌入與擦除是一個可逆的過程，對於沒有正確的可視水印密鑰而擦除水印 得到的是一個質量很低的多媒體版本，而正確的水印密鑰能完全擦除可視水印得到一個高 質量的多媒體版權。
3.根據權利要求1或2所述的支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法， 其特徵在於步驟1.1中，可視水印嵌入的操作步驟如下(1)視頻數據與可視水印圖像分別作不重疊分塊，然後在每個塊上作DCT變換以及Z字 形掃描，分別提取 DCT 係數 C = {c。，C1,... , cL_J 和 W = {w0, W1,... , wL_J ；(2)在隨機數產生器的作用下，利用密鑰Ks和Km生成隨機序列S= (s0, Sl，...，Sl^1)禾口 M = (m0, Iii1, ... , ι η)；(3)利用步驟( 產生的隨機序列S和M與水印的DCT係數W相乘，然後將相乘後的水 印係數加入到原視頻數據的DCT係數C上，在嵌入水印後的視頻DCT係數進行Z字形逆掃 描，DCT反變換後，得到含有可視水印的多媒體視頻數據。
4.根據權利要求1或2所述的支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法， 其特徵在於步驟1. 2中，用戶與發送端交互的步驟如下用戶在付費並上傳了自己的信息後，發送端向用戶發送三個密鑰種子，其中Ks和Km作 為可視水印的擦除密鑰，Kj是作為產生該用戶的數字指紋的密鑰。
5.根據權利要求1所述的支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，其特 徵在於步驟1. 3中，可視水印擦除和數字指紋嵌入的操作步驟如下(1)用戶對水印圖像以及接收到的含有水印的視頻數據以及作不重疊的分塊操作，然 後在每個塊上作DCT變換以及Z字形掃描；(2)在隨機數產生器的作用下，利用從發送端接收到的密鑰種子Ks，Km和Kp產生隨機 序列 S = (s0, S1, ... , Sh) , M = (m0, Iii1, ... , Iv1)和 Pj = (p0jJ, Pljj, . . . , P^ljj)；其中，Pi, j e {-1，1},i = 0,l,..., N-I, N為隨機序列Pj的長度，Pj為第j個用戶的指紋信息；(3)將含有可視水印的視頻DCT係數和改變後的水印圖像的DCT係數對應相減，則可視 水印的擦除過程為=Ci = Yi-HiiSiWi i =0,1,..., L-I ；(4)對於每個DCT係數的中頻係數設為C』= (c0, C1, (V1),作數字指紋嵌入的運M-,yi =y,'+ρ,Λ = ο，ι，...，ν。
6.根據權利要求5所述的支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，其特徵在於利用步驟(4)所嵌入的數字指紋完成對於用戶非授權分發的追蹤，步驟如下1)提取含有數字指紋的DCT中頻係數，記為〃(#，斤,...，歡,)；2)假設有D個用戶(Utl，U1,... , Uih)購買了擦除密鑰，產生分發給D個用戶的數字指 紋信息 P」，j = 0,1,..., D-I ；3)將Pj與含有數字指紋的DCT中頻係數作相關運算，
全文摘要
本發明公開了一種支持預覽和追蹤非授權分發的多媒體版權保護的方法，首先進行可視水印的嵌入，在發送端，改變可視水印的每個DCT係數，然後將改變後的每個DCT係數圖像加至到視頻數據的DCT係數上，含有水印的視頻數據通過廣播網傳輸到接收端，供接收端預覽；接收端與發送端交互；用戶在接收端利用接收到的水印密鑰來擦除可視水印，恢復高質量的視頻數據；在可視水印擦除的同時，用戶利用接收到的數字指紋密鑰向擦除了可視水印的視頻數據嵌入用戶的數字指紋。本發明廣播信號提供商只需要向其所有用戶廣播同一路信號，而用戶可以通過預覽的方式來決定是否購買更高質量的信號。
文檔編號H04N21/254GK102065325SQ201010622648
公開日2011年5月18日 申請日期2010年12月30日 優先權日2010年12月30日
發明者劉光傑, 戴躍偉, 李宏圓, 翟江濤 申請人:南京理工大學