专利名称：数字内容保护方法
技术领域：
本发明涉及信息技术，特别涉及数字内容保护的方法。
背景技术：
在数字版权管理(DRM，Digital Rights Management)方面，中国目前还未得到 大范围推广，随着互联网电视的发展，内容正在向正版化发展，2009年，广电总局关停了至 少500家以上的非法内容提供网站，其中包括BT网站、P2P网站等，同时，TCL、迅雷、优酷 等均被起诉采用了盗版的内容，网络内容的正版化，使得内容版权的价格飙升，运营商需要 在内容方面投入更多的资金购买正版的内容，如果不采用内容保护技术，将对运营商的资 产造成非常大的威胁，同时也无法开展基于内容的运营，从内容提供商的角度看，目前包括 好莱坞等内容提供商，已经明确要求运营商必须采取数字版权管理技术，以防止内容被非 法传播，从用户的角度而言，目前基于网络的交易已经非常普遍，用户的敏感信息，包括用 户的账户、密码、私人照片等信息同样需要得到有效的保护，以防止泄漏，内容提供商、运营 商、终端设备等均对内容保护提出了明确的需求。目前，已经出现了多种数字版权管理技 术标准以及系统，主要包括0MA DRM、微软 DRM、RealNetworks DRM、Apple DRM、AVS DRM、 IGRS DRM、UCPS, HDCP, DTCP等，这些标准采用的加密算法有(1) RSA算法，RSA算法是被 研究的最广泛的公钥算法，从提出到现在已近二十年，经历了各种攻击的考验，逐渐被人 们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一，RSA算法的安全性依赖于大数的因子分 解，但并没有从理论上证明破译RSA算法的难度与大数分解难度等价，即RSA算法的重大 缺陷是无法从理论上把握它的保密性能如何，而且密码学界多数人士倾向于因子分解不是 NPC (Non-deterministic Polynomial COMPLETE，多项式复杂程度的非确定性问题)问题， RSA算法的缺点主要有A)产生密钥很麻烦，受到素数产生技术的限制，因而难以做到一次 一个密码；B)分组长度太大，为保证安全性，η至少也要600bits以上，使运算代价很高，尤 其是其速度较慢，较对称密码算法慢几个数量级，且随着大数分解技术的发展，这个长度还 在增加，不利于数据格式的标准化，目前，SET (Secure Electronic Transaction)协议中要 求CA采用2048比特长的密钥，其他实体使用10M比特长的密钥；C) RSA密钥长度随着保 密级别提高，增加很快。(2) ECC算法，椭圆椭圆曲线密码体制是目前已知的公钥体制中，对 每比特所提供加密强度最高的一种体制，与RSA算法相比较，ECC算法的优点是密钥短，随 加密强度的提高，密钥长度变化不大，ECC算法是继RSA算法后的一种新型的非对称加密算 法，RSA算法与ECC算法均是非对称加密算法，由于运算量特别大，因此一般仅用于少量数 据的加密，比如对密码的加密，对于大量数据的音视频内容的加密，一般采用对称加密的方 式进行。(3)DES算法，DES算法为密码体制中的对称密码体制，又被成为美国数据加密标 准，是1972年美国IBM公司研制的对称密码体制加密算法，其密钥长度为56位，明文按64 位进行分组，将分组后的明文组和56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密 方法，DES算法的优点是分组比较短、密钥太短、密码生命周期短、缺点是运算速度较慢，目 前一般都采用三重DES加密，更降低了运算的效率。(4)AES算法，密码学中的高级加密标准(Advanced Encryption Mandard，AEQ，又称Rijndael加密法，是美国联邦政府采用的 一种区块加密标准，这个标准用来替代原先的DES算法，已经被多方分析且广为全世界所 使用，经过五年的甄选流程，高级加密标准由美国国家标准与技术研究院(NIST)于2001年 11月沈日发布于FIPS PUB 197，并在2002年5月沈日成为有效的标准，2006年，高级加 密标准已然成为对称密钥加密中最流行的算法之一，AES算法与DES算法比，安全性高，一 般只采用一重加密，因此，运算量比DES算法小，但是运算过程同样复杂。 RC4算法，RC4 加密算法是大名鼎鼎的RSA三人组中的头号人物Ron Rivest在1987年设计的密钥长度 可变的流加密算法簇，之所以称其为簇，是由于其核心部分的S-box长度可为任意，但一般 为256字节，该算法的速度可以达到DES算法加密的10倍左右，且具有很高级别的非线性， RC4算法起初是用于保护商业机密的，但是在1994年9月，它的算法被发布在互联网上，也 就不再有什么商业机密了，RC4算法也被叫做ARC4 (Alleged RC4-所谓的RC4)，因为RSA从 来就没有正式发布过这个算法，RC4算法的优点是算法简单，速度快，缺点是由于RC4算法 加密是采用的xor，所以，一旦子密钥序列出现了重复，密文就有可能被破解。以上三种算 法中，AES算法、DES算法、RC4算法均为对称加密算法，AES算法与DES算法强度高，运算复 杂，RC4算法的计算复杂度稍低，这三种算法在多媒体内容的加密、通信的加密等方面得到 了广泛的应用，但是这三种方法总体而言，运算量都比较大，同时不具备追踪数源的功能。
发明内容
本发明的目的是克服目前各种数字内容保护方法都相对较复杂且不具备追踪数 据源功能的缺点，提供一种数字内容保护方法。本发明解决其技术问题，采用的技术方案是，数字内容保护方法，其特征在于，包 括以下步骤a.对原始音视频内容进行量化与反量化，所述量化是将原始音视频内容进行数字 化，以供编码使用，反量化主要用于在编码的过程中对后续帧进行预测；b.对量化后的视频内容进行扫描分析，分析音视频帧中的每个数据的特点；c.根据扫描分析的结果，在量化后的音视频内容中嵌入水印；d.对加入水印信息后的音视频内容进行熵编码；e.对熵编码完成后的音视频内容利用输入的密码进行置换加密；f.置换加密后的音视频内容再发送出去，完成整个数字内容的加密流程；g.解密时，通过输入的密码对接收到的音视频内容进行置换解密；h.在对置换解密后的音视频内容进行熵编码；i.提取该音视频内容中的水印信息；j.将使用者的信息通过水印嵌入到该音视频内容中；k.对水印嵌入完成的音视频内容进行反量化，输出音视频内容。具体的，步骤c包括以下步骤cl.随机选取当前视频I帧内的一个宏块MBr，与当前处理宏块MBc组成宏块对；c2.从宏块MBc的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些非零系数的和， 对于系数全为零的分块，则直接跳过；c3.从宏块MBr的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些非零系数的和，对于系数全为零的分块，则直接跳过；c4.判断宏块MBc的非零系数的和是否大于等于宏块MBr的非零系数的和，若是则 此关系量化的值为1，若不是则此关系量化的值为0 ；c5.将该关系量化的值与安全密钥最低位进行异或运算，得到异或值，该异或值即 为宏块MBc产生的水印信息；c6.根据由外部接口处获得的水印安全密钥选择宏块MBc中一个具有非零系数的 4x4亮度分块作为待嵌入水印分块，选择方法为计算安全密钥与具有非零系数的亮度分 块个数的余数，结果即为嵌入分块在宏块的所有非零亮度分块中的位置，若不存在具有非 零系数的4x4亮度分块则跳过该宏块；c7.选择U、V色度分块，若当前帧的帧序号是奇数，则选择U分块，否则选择V分 块；c8.从选择出的色度分块中选取一个系数，选取方法为计算安全密钥与色度分 块中系数个数的余数，结果即为所选系数在色度分块中的位置；c9.计算新密钥，计算过程是将密钥、当前帧的帧序号、当前宏块编号及根据上 一步所获得的U或V分块系数这四个向量取异或值；clO.选择待嵌入水印系数，选择方法为计算新密钥与步骤c6选中的亮度分块中 的非零系数个数的余数，结果即为嵌入水印的系数在亮度分块中所有非零系数中的位置；cll.计算待嵌入水印系数的高位(最低有效位除外)与水印产生过程中获得的水 印信息的异或值；cl2.将待嵌入水印系数的最低有效位替换为步骤cll所获得的异或值，嵌入水印完毕。进一步的，步骤e包括以下步骤el.确定交换算法A(Li)、f2(x)，其中，fl(x，i)为块内数据交换算法、f2(x)为 块间数据交换算法，X定义为输入的密码，i定义为置换的分块的序号，对置换算法的要求 是，若把f(x，i)产生的数据作为代处理数据的序号，则能实现代处理数据内部之间的随机 替换，并能实现还原，其中，数据块内与块间的数据交换密钥Key可以不同，也可以相同。e2.将音视频数据帧进行分块，并对块内数据按照一定规则进行排序；e3.产生交换索引数据，交换索引数据主要用于对块内和块之间的数据进行交换， 对于块内的索引数据，要求索引值不可大于分块数量的最大值，对于块交换的索引数据，也 要求索引值不可大于帧分块的最大值，可采用模运算的方式处理；e4.根据块内索引数据完成块内数据交换；e5.根据快交换的索引数据完成块数据交换，完成整个置换加密过程。本发明的有益效果是，通过上述数字内容保护方法，可以以较低的运算量实现对 音视频内容的加密处理，而且在音视频内容中嵌入水印，实现对音视频内容的追踪，可追踪 数据源。
具体实施例方式下面结合实施例，详细描述本发明的技术方案。本发明所述数字内容保护方法为首先对原始音视频内容进行量化与反量化，所述量化是将原始音视频内容进行数字化，以供编码使用，反量化主要用于在编码的过程中 对后续帧进行预测，然后对量化后的视频内容进行扫描分析，分析音视频帧中的每个数据 的特点，再根据扫描分析的结果，在量化后的音视频内容中嵌入水印，并对加入水印信息后 的音视频内容进行熵编码，再对熵编码完成后的音视频内容利用输入的密码进行置换加 密，最后将置换加密后的音视频内容发送出去，完成整个数字内容的加密流程，解密时，通 过输入的密码对接收到的音视频内容进行置换解密，然后再对置换解密后的音视频内容进 行熵编码，并提取该音视频内容中的水印信息，然后将使用者的信息通过水印嵌入到该音 视频内容中，最后对水印嵌入完成的音视频内容进行反量化，输出音视频内容。实施例本例采用本发明所述数字内容保护方法。首先对原始音视频内容进行量化与反量化，所述量化是将原始音视频内容进行数 字化，以供编码使用，反量化主要用于在编码的过程中对后续帧进行预测，然后对量化后的 视频内容进行扫描分析，分析音视频帧中的每个数据的特点，再根据扫描分析的结果，在量 化后的音视频内容中嵌入水印，其过程为首先随机选取当前视频I帧内的一个宏块MBr， 与当前处理宏块MBc组成宏块对，该随机选取的随机数产生算法可以采用AVS数字版权管 理标准[7]中推荐的算法，也可以是自定义的算法，随机数的范围为1至当前帧中的宏块 个数，以下的随机选取的随机数产生算法都与该步骤所使用的随机数产生算法相同，再从 宏块MBc的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些非零系数的和，对于系数全为 零的分块，则直接跳过，然后从宏块MBr的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些 非零系数的和，对于系数全为零的分块，则直接跳过，再判断宏块MBc的非零系数的和是否 大于等于宏块MBr的非零系数的和，若是则此关系量化的值为1，若不是则此关系量化的值 为0，再将该关系量化的值与安全密钥最低位进行异或运算，得到异或值，该异或值即为宏 块MBc产生的水印信息，然后根据由外部接口处获得的水印安全密钥选择宏块MBc中一个 具有非零系数的4x4亮度分块作为待嵌入水印分块，选择方法为计算安全密钥与具有非 零系数的亮度分块个数的余数，结果即为嵌入分块在宏块的所有非零亮度分块中的位置， 若不存在具有非零系数的4x4亮度分块则跳过该宏块，再选择U、V色度分块，若当前帧的帧 序号是奇数，则选择U分块，否则选择V分块，然后从选择出的色度分块(U分块、V分块) 中选取一个系数，选取方法为计算安全密钥与色度分块中系数个数的余数，结果即为所选 系数在色度分块中的位置，再计算新密钥，计算过程是将密钥、当前帧的帧序号、当前宏块 编号及根据上一步所获得的U或V分块系数这四个向量取异或值，然后选择待嵌入水印系 数，选择方法为计算新密钥与上述步骤选中的具有非零系数的4x4亮度分块中的非零系 数个数的余数，结果即为嵌入水印的系数在亮度分块中所有非零系数中的位置，再计算待 嵌入水印系数的高位(最低有效位除外)与水印产生过程中获得的水印信息的异或值，最 后将待嵌入水印系数的最低有效位替换为上一步所获得的水印信息的异或值，嵌入水印完 毕，然后对加入水印信息后的音视频内容进行熵编码，其步骤为首先确定交换算法f\(x， 土)、400，其中，打&，i)为块内数据交换算法、f2(x)为块间数据交换算法，χ定义为输入 的密码，i定义为置换的分块的序号，对置换算法的要求是，若把f(x，i)产生的数据作为代 处理数据的序号，则能实现代处理数据内部之间的随机替换，并能实现还原，其中，数据块 内与块间的数据交换密钥Key可以不同，也可以相同，然后将音视频数据帧进行分块，并对块内数据按照一定规则进行排序，再产生交换索引数据，交换索引数据主要用于对块内和 块之间的数据进行交换，对于块内的索引数据，要求索引值不可大于分块数量的最大值，对 于块交换的索引数据，也要求索引值不可大于帧分块的最大值，可采用模运算的方式处理， 然后根据块内索引数据完成块内数据交换，最后根据快交换的索引数据完成块数据交换， 完成整个置换加密过程，再对熵编码完成后的音视频内容利用输入的密码进行置换加密， 最后将置换加密后的音视频内容发送出去，完成整个数字内容的加密流程，解密时，通过输 入的密码对接收到的音视频内容进行置换解密，然后再对置换解密后的音视频内容进行熵 编码，并提取该音视频内容中的水印信息，然后将使用者的信息通过水印嵌入到该音视频 内容中，最后对水印嵌入完成的音视频内容进行反量化，输出音视频内容。
权利要求
1.数字内容保护方法，其特征在于，包括以下步骤a.对原始音视频内容进行量化与反量化，所述量化是将原始音视频内容进行数字化， 以供编码使用，反量化主要用于在编码的过程中对后续帧进行预测；b.对量化后的视频内容进行扫描分析，分析音视频帧中的每个数据的特点；c.根据扫描分析的结果，在量化后的音视频内容中嵌入水印；d.对加入水印信息后的音视频内容进行熵编码；e.对熵编码完成后的音视频内容利用输入的密码进行置换加密；f.置换加密后的音视频内容再发送出去，完成整个数字内容的加密流程；g.解密时，通过输入的密码对接收到的音视频内容进行置换解密；h.在对置换解密后的音视频内容进行熵编码；i.提取该音视频内容中的水印信息；j.将使用者的信息通过水印嵌入到该音视频内容中； k.对水印嵌入完成的音视频内容进行反量化，输出音视频内容。
2.根据权利要求1所述数字内容保护方法，其特征在于，步骤c包括以下步骤 cl.随机选取当前视频I帧内的一个宏块MBr，与当前处理宏块MBc组成宏块对；c2.从宏块MBc的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些非零系数的和，对于 系数全为零的分块，则直接跳过；c3.从宏块MBr的每个分块中都随机选取一个非零系数，计算这些非零系数的和，对于 系数全为零的分块，则直接跳过；c4.判断宏块MBc的非零系数的和是否大于等于宏块MBr的非零系数的和，若是则此关 系量化的值为1，若不是则此关系量化的值为0 ；c5.将该关系量化的值与安全密钥最低位进行异或运算，得到异或值，该异或值即为宏 块MBc产生的水印信息；c6.根据由外部接口处获得的水印安全密钥选择宏块MBc中一个具有非零系数的4x4 亮度分块作为待嵌入水印分块，选择方法为计算安全密钥与具有非零系数的亮度分块个 数的余数，结果即为嵌入分块在宏块的所有非零亮度分块中的位置，若不存在具有非零系 数的4x4亮度分块则跳过该宏块；c7.选择U、V色度分块，若当前帧的帧序号是奇数，则选择U分块，否则选择V分块； c8.从选择出的色度分块中选取一个系数，选取方法为计算安全密钥与色度分块中 系数个数的余数，结果即为所选系数在色度分块中的位置；c9.计算新密钥，计算过程是将密钥、当前帧的帧序号、当前宏块编号及根据上一步 所获得的U或V分块系数这四个向量取异或值；clO.选择待嵌入水印系数，选择方法为计算新密钥与步骤c6选中的亮度分块中的非 零系数个数的余数，结果即为嵌入水印的系数在亮度分块中所有非零系数中的位置；cll.计算待嵌入水印系数的高位(最低有效位除外)与水印产生过程中获得的水印信 息的异或值；cl2.将待嵌入水印系数的最低有效位替换为步骤cll所获得的异或值，嵌入水印完毕。
3.根据权利要求1或2所述数字内容保护方法，其特征在于，步骤e包括以下步骤el.确定交换算法10^，1)、400，其中，打(1，i)为块内数据交换算法、f2(x)为块间 数据交换算法，χ定义为输入的密码，i定义为置换的分块的序号，对置换算法的要求是，若 把f(x，i)产生的数据作为代处理数据的序号，则能实现代处理数据内部之间的随机替换， 并能实现还原，其中，数据块内与块间的数据交换密钥Key可以不同，也可以相同。 e2.将音视频数据帧进行分块，并对块内数据按照一定规则进行排序； e3.产生交换索引数据，交换索引数据主要用于对块内和块之间的数据进行交换，对于 块内的索引数据，要求索引值不可大于分块数量的最大值，对于块交换的索引数据，也要求 索引值不可大于帧分块的最大值，可采用模运算的方式处理； e4.根据块内索引数据完成块内数据交换；e5.根据快交换的索引数据完成块数据交换，完成整个置换加密过程。
全文摘要
本发明涉及信息技术。本发明解决了现有各种数字内容保护方法都相对较复杂且不具备追踪数据源功能的问题，提供了一种数字内容保护方法，其技术方案可概括为通过嵌入水印的方式是各数据内容具备追踪数据源功能。本发明的有益效果是，以较低的运算量实现对音视频内容的加密处理，而且在音视频内容中嵌入水印，实现对音视频内容的追踪，适用于数据内容的加密和解密。
文档编号H04N7/50GK102143170SQ20111005885
公开日2011年8月3日 申请日期2011年3月11日 优先权日2011年3月11日
发明者刘贤洪, 康红娟, 杨金峰 申请人:四川长虹电器股份有限公司