专利名称：实现数字指纹加密的视频多播传输的方法
技术领域：
本发明涉及信息安全的技术领域，具体说是实现数字指纹加密的视频多播传输的方法的技术。
背景技术：
数字指纹视频是对用户给定的视频服务信号嵌入不同标识的指纹数字信号处理的过程，用户之间利用出现的不同意义比特位进行识别。这种标识也称为指纹载荷pay-load，通常是通过鲁棒数字水印嵌入过程实现。在数字版权管理DRM文本中，指纹嵌入和加密的主要目的是保护视频内容不受单个或共谋攻击干扰。其中，数字视频的共谋攻击是其应用面临的最重要的问题，因此，数字视频的抗共谋攻击能力是其能够应用的重要技术指标。目前的数字指纹技术远未达到实用阶段，这是因为人们忽视了水印安全性的研究。数字指纹属于数字水印研究范畴。长期以来，数字水印的研究更关注于水印的鲁棒性，即研究如何抵抗一些非恶意的攻击，如:加性噪声、过滤、有损压缩和抗几何攻击等，而忽视了水印安全性的研究。对于指纹识别和拷贝控制等应用，水印的安全性是一个非常重要的问题，其中，共谋攻击是对数字指纹最为有效的攻击。在共谋攻击中，多个共谋者用他们拥有的同一作品的多个拷贝共谋生成一个新的拷贝，在新的拷贝中，指纹信息被移除或削弱，因而，数字指纹不仅要求能抵抗一般的信号处理攻击和单拷贝攻击，而且还能抵抗共谋攻击。目前的数字指纹的实现技术主要是正交指纹、相关性指纹，也可划分为连续指纹和离散指纹以及抗共谋码ACC数字指纹。(I)正交指纹的缺点是:对于用户不多的指纹应用比较有效，但随着用户的增多，指纹检测和追踪算法的复杂性显著增加，并且指纹的能量在共谋中显著减少，这使得检测器无法检测到指纹。(2)相关性指纹缺点是:在设计中引入相关性，即使数字内容的复本遭受到共谋攻击，指纹中相关部分的能量也不会显著减少。相关性指纹主要由编码指纹组成，其中最早由Boneh和Shaw提出的C-安全码，提出双层编码构造方法来抵抗给定数量的共谋者的攻击。这个指纹编码方案由Yacobi进一步改进，他将一个直接扩频序列的嵌入层和C-安全码的编码层结合起来，提高了用户数量。但这种方法的主要缺点是，a)当同步失真时，难以提取有效的数字指纹。b)抗共谋攻击者数量有限。(3) Wade Trappe等人结合组合设计和区组编码的理论(如BIBD等)提出了一种抗共谋码ACC，其主要缺点是:将指纹编码和嵌入结合起来，虽然提高了指纹的抗共谋攻击的能力，但大大增加了传输带宽的使用要求。因此，系统实现成本较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种安全性高，能够有效降低通信成本的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，解决传输带宽和系统抵抗共谋攻击因素的影响，降低发送端的计算开销，同时增强系统追踪非法者的权利及其有效性。本发明通过以下技术方案来实现。一种实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于:所述实现数字指纹加密的视频多播传输的方法包括数字指纹加密传输与数字指纹加密接收。所述数字指纹加密传输包括下列步骤:I)图像和视频的载体信源数据经过MPEG-2标准压缩，形成MPEG-2基本数据S1 ；2)图像或视频的数字指纹数据％(i)利用DGHM多小波变换树进行处理，形成一种多小波树；3)按照数字指纹的重要性排序，把数字指纹图像特征点的不同数据按照多小波树“父-子节点”关系的不同分解成不同能量的指纹向量基ρ 、..，。’并形成数字指纹数据Μ'1’'#;4)根据树结构的不同分支相互发生共谋攻击的概率决定数字指纹嵌入的能量大小及其关系；5)在压缩域，根据密钥Γ，Κω通过CDMA/TDMA正交调制矩阵把数字指纹调制嵌入到S1中，形成包含载体基本数据和数字指纹的混合数据Aw其中，Γ为公钥，κω为用户U(i)的私钥；6)对多播和单播的数据分别进行加密形成传输的数据流，最后通过信道传输；所述数字指纹加密接收包括下列步骤:I)根据密钥Km，K(i)解密多播和单播的压缩比特流数据V，其中V可能遭受了共谋攻击，也可能没有；2)进行MPEG-2解压缩，恢复图像和视频信源数据，同时，根据CDMA/TDMA组合正交矩阵进行解调；3)对图像和视频数据进行DGHM分解，并把各级的相同空间位置和方向上的不同频率子带系数划分为同一组并构成一种具有“父-子节点”关系的对称结构树；4)对每级树结构的子带系数计算奇偶，提取嵌入的数字指纹水印数据Y(i)；5)用归一化相关系数进行检测，相关系数定义如下:
权利要求
1.一种实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于:所述实现数字指纹加密的视频多播传输的方法包括数字指纹加密传输与数字指纹加密接收， 所述数字指纹加密传输包括下列步骤: 1)图像和视频的载体信源数据经过MPEG-2标准压缩，形成MPEG-2基本数据S1； 2)图像或视频的数字指纹数据％(;)利用DGHM多小波变换树进行处理，形成一种多小波树； 3)按照数字指纹的重要性排序，把数字指纹图像特征点的不同数据按照多小波树“父-子节点”关系的不同分解成不同能量的指纹向量基丨，并形成数字指纹数据吣 4)根据树结构的不同分支相互发生共谋攻击的概率决定数字指纹嵌入的能量大小及其关系； 5)在压缩域，根据密钥Γ，Κω通过CDMA/TDMA正交调制矩阵把数字指纹调制嵌入到S1中，形成包含载体基本数据和数字指纹的混合数据Xt(1)=St+Wt(1)其中，Km为公钥，Κ(1)为用户u(i)的私钥； 6)对多播和单播的数据分别进行加密形成传输的数据流，最后通过信道传输； 所述数字指纹加密接收包括下列步骤: 1)根据密钥Km，K(i)解密多播和单播的压缩比特流数据V，其中V可能遭受了共谋攻击，也可能没有； 2)进行MPEG-2解压缩，恢复图像和视频信源数据，同时，根据CDMA/TDMA组合正交矩阵进行解调； 3)对图像和视频数据进行DGHM分解，并把各级的相同空间位置和方向上的不同频率子带系数划分为同一组并构成一种具有“父-子节点”关系的对称结构树； 4)对每级树结构的子带系数计算奇偶，提取嵌入的数字指纹水印数据Y(i)； 5)用归一化相关系数进行检测，相关系数定义如下:
2.根据权利要求1所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于所述步骤4)与步骤6)中的共谋攻击包括下列步骤: 设SC为检测并指出共谋攻击发生概率的索引，定义共谋攻击函数产生的可疑拷贝内容为V = g{{X\k))}k,sc ’ k为共谋者，g (.)为共谋函数，则对于树的I彡I彡L级，从V中检测共谋过程如下: a)指纹树第一级检测:检测器在第一级建立提取的数字指纹Y和每个Dl指纹W1 L1 =U.,A的统计相关性:
3.根据权利要求1所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于:所述数字指纹CDMA/TDMA组合正交矩阵进行解调中设置有指纹漂移补偿方法，就是嵌入数字指纹数据在MPEG-2视频序列参考帧的运动矢量中，所述指纹漂移补偿方法，包含了参考帧中运动矢量嵌入的数字指纹秘密信息，且只能通过单播信道传输给合法用户，具体包括下列步骤: a)对于每个MPEG-2编码的DCT系数，如果它没有调制嵌入数字指纹，那么进行可变长编码VLC操作，并和运动矢量、量化因子以及边信息一起通过Km加密，多播给所有用户； b)对于每个MPEG-2编码的DCT系数，如果它调制嵌入了数字指纹，那么首先进行反量化Q—1，然后对用户u(i)调制嵌入相应的数字指纹数据并加入相应的漂移补偿信号数据，这样形成包含漂移补偿的数字指纹系数，接着进行量化Q和可变长编码VLC。
c)最后，通过密钥Κω对混合数据进行加密并单播给用户i。
4.根据权利要求1所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于所述数字指纹CDMA/TDMA组合调制矩阵P = Pjoint为一个上三角矩阵:
5.根据权利要求4所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于在所述CDMA/TDMA组合调制指纹的嵌入中，已知PT°int和{Nj i =卜.』，在指纹树结构的I彡I彡L级，对于指纹基丨^i' }，存在关系:
6.根据权利要求5所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于所述CDMA/TDMA组合调制指纹的检测中，在接收检测端，已知通过密钥解密的数字内容为V，对于I彡I < L，检测步骤如下: 1)首先，检测器从V1中提取Y1; 2)指纹树的第一级检测:在第I级，检测器使提取的指纹(YJ1= 1...1和每个Dl指纹基W1 A相关并计算相关统计性:
7.根据权利要求6所述的实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，其特征在于所述数字指纹加密传输中，数字指纹嵌入和加密分配的过程如下: a)根据数字指纹的树结构，由公式
全文摘要
本发明公开了实现数字指纹加密的视频多播传输的方法，包括数字指纹加密传输与数字指纹加密接收，前者包括下列步骤图像和视频的载体信源数据经过MPEG-2标准压缩；对基于图像或视频的数字指纹数据进行处理，最后形成数字指纹数据根据树结构的不同分支相互发生共谋攻击的概率决定数字指纹嵌入的能量大小及其关系；经过CDMA/TDMA组合正交调制处理形成混合数据并形成加密数据流，最后通过信道传输；后者包括下列步骤根据密钥Km，K(i)解密、压缩，恢复图像和视频信源数据，同时，进行解调，经过处理，相关性函数检测树结构各级发生共谋攻击，最后得到数字指纹数据。本发明安全性高，降低通信成本，同时增强系统追踪非法者的权利及其有效性。
文档编号H04N7/26GK103152608SQ201310074499
公开日2013年6月12日 申请日期2013年2月28日 优先权日2013年2月28日
发明者赵慧民, 朱立, 陈小玲 申请人:广东技术师范学院