专利名称：一种基于内容分割的内容保护方法
技术领域：
本发明涉及数字权利管理技术领域，特别是一种基于内容分割的内容保护方法。
背景技术：
DRM(数字权利管理)技术是一种用来防止数字产品被非法传播的技术。随着网络技术的不断发展，网上内容交互越来越受到人们的欢迎。数字产品的非法传播给内容提供商带来了巨大的损失，DRM是一种有效的保护数字版权的方式。它主要是通过对数字内容进行保护，通过许可证对访问用户进行授权，并通过REL(权利表达语言)对用户行为进行控制的方式达到保护版权的目的。其中对数字内容的保护主要是通过加密的方式实现的。由于数字媒体的体积一般都较大，当前的DRM系统都采用一次性加密的方式对数字内容进行保护。
发明内容
本发明的目的在于，提供对原始内容更加灵活安全的保护方式。DRM技术依赖于对内容的保护，在一些DRM系统中，如OMA(开放移动联盟)标准中，采用的是对整个内容进行加密的方式进行保护，这种方法的优点是简单，缺点是安全性差。因为内容只用一把密钥加密，只要在一台终端上被破解，那么在所有的终端都可以用该密钥对内容解密。针对这种情况，本发明提出了一种基于内容分割的内容保护方法，在该方法中先将原始内容中的关键信息提取出来，形成残差信息，剩余的部分组成主体信息。主体信息经打包加密后，供所有用户下载。残差信息则会被打包进用户的许可证中，根据各个终端的信息采用不同的加密方法和密钥进行加密。主体文件即使遭到攻击，所得到的内容的质量也是难也接受的，从而有效地保证了内容的安全。
一种基于内容分割的内容保护方法，分割器的特征在于，包括内容解析器，选择器和抽取器三部分。针对于不同的内容类型，采用不同的分割技术，但目的都是残差信息体积的最小化，对内容质量影响的最大化。下面以MPEG-2视频流内容的分割方法为例，描述这种方法的工作原理该方法将MPEG-2视频流中的部分直流系数以及运动矢量的符号信息提取出来作为残差信息。
一种基于内容分割的内容保护方法，不对原始内容进行直接的加密操作，而是先按照一定的方法将原始内容分割成主体信息和残差信息两部分，主体信息的体积占据原始内容的绝大部分，通过它也可以直接获取原始内容的大致信息，但是质量已经遭受到严重的破坏，令人不可接受；另一方面，残差信息的体积只占有原始内容的很小的一部分，并且单纯通过它不能直接获取原始内容的直观信息，但它对于原始内容的质量有重要意义，分割出来的主体信息和残差信息将会通过不同强度的加密方式进行保护，主体信息由于体积大，并且质量下降严重，故采用强度较低的加密方式进行保护或者不加密；残差信息的体积小，对原始内容的意义比较重大，故采用强度较高的加密方式进行保护，本方法包括以下几部分—分割器其作用是根据内容的不同类型，使用不同的方法，将内容分离成主体信息和残差信息两部分；—加密器其作用是对主体信息和残差信息进行加密保护，对主体信息它会采用强度低的加密方式，对残差信息会采用强度高的加密方式(如一次一密)；—恢复器其作用是将受保护的主体信息和残差信息恢复成原始内容。
所述的基于内容分割的内容保护方法，分割器，包括以下几部分—内容解析器根据原始内容的类型，对其进行分析，从中抽取出所有符合预先定义的关键信息；—选择器它根据预先设定的规则，对内容解析器中输出的关键信息进行筛选，决定抽取哪一些关键信息以最终形成残差信息；
—抽取器它接收内容解析器输出的关键信息，在选择器的指示下，将原始文件分离成主体信息和残差信息。
所述的基于内容分割的内容保护方法，加密器，可以选择不同的加密方法对主体信息和残差信息进行加密。对于主体信息，根据用户设定的密钥和加密方法，进行一次性全文件加密；对于残差信息，根据用户提供一些特殊信息，对于不同的用户，可采用不同的密钥和不同的加密方法进行加密，从而最大限度的保护残差信息的安全性。
所述的基于内容分割的内容保护方法，恢复器，包括以下几部分—主体信息解密器其作用是根据输入的加密密钥和加密方法对受保护的主体信息进行解密；—残差信息解密器其作用是根据输入的终端信息生成解密密钥和选择解密方法，对残差信息进行解密；—合并器其作用按照正确的方式将解密后的主体信息和残差信息合并成原始内容。
图1是MPEG-2视频流的结构图。
图2是运动补偿流程图。
图3是码流解码过程图。
图4是分割器抽取模型图。
图5是运动矢量解码过程图。
图6是选择器结构图。
图7是加密器对主体信息的保护过程图。
图8是加密器对残差信息的保护过程图。
图9是恢复器结构图。
具体实施例方式
在对视频流进行压缩时，为了获取随机访问和高压缩率的折衷，根据压缩方法的不同，压缩后的帧被分为三种类型，分别是I-帧，P-帧，B-帧。I-帧不参照其它帧而独立编码，这类帧提供了对压缩流的访问起始点，但是由于使用的是普通的压缩方法，因此压缩率并不是很高。P-帧的压缩率要高一些，它是基于对前面的I-帧或P-帧进行运动补偿预测进行编码的，它通常用于当作其它预测的参考帧。B-帧的压缩率最高，它基于对前后的参考帧进行运动补偿进行重构，这种帧是不能被当作参考帧的。这三种类型的帧的排列结构如图1所示。
运动补偿的流程如图2所示。I-帧和B-帧的重构都基于运动补偿。在这个过程中，最重要的信息就是vector[r][s][t]，只有从码流中正确的解出这个信息，才能够在参考帧获取正确的参考值。因此，如果把vector[r][s][t]的信息从码流中摘除，则解码器无法正确的对相应帧进行解码，对图像质量就会产生很大的影响。
另一方面，在MPEG-2码流中，每一帧是被划分为块分别进行压缩编码的，每一块的大小为8×8。
解码过程如图3所示，先要从VLC(Variable length code变长编码)中恢复量化后的DCT系数，经Zig-Zag反变换后获得二维DCT(离散余弦变换)矩阵，再经反量化，反DCT变换，获取原始的空域系数。如果DCT系数被改变，那么空域系数会遭到破坏，从而破坏视频的视觉效果。
基于上述分析，只要破坏视频流中部分的运动向量和DCT系数就可以显著降低视频质量。进一步的，实际上只需要破坏运动向量和DCT系数的符号信息就可以达到目的。
整个系统模型如图4所示，解析器的作用是对原始视频流进行解析，找出运动矢量和DCT系数的符号位；选择器用于决定抽取哪一些符号信息；抽取器将符号信息和位置信息抽出形成残差信息和主体信息。
解析过程依据ISO/IEC 13818-2标准，运动矢量的解码过程如图5所示，其中的motion_code在码流中是以VLC方式存储的，对应的码值表如表1所示。
由表1可以看出，motion_code的符号位是由VLC码的最后一位决定的，对于正数，最后一位皆为0，对于负数，最后一位皆为1。因此，解析器应该输出所有motion_code的vlc码的最后一位。
表1 motion_code的VLC码表
表2 DCT系数VLC码表同样，被量化过的DCT系数在码流中也是以VLC的形式存储的，部分VLC码表如表2所示，Variable length code列中最后一个s代表值的符号位，当s＝0时，代表该值为正，当s＝1时，代表该值为负，因此，解析器应该输出每一个s位。
由于残差信息要被加入许可证中，如果将所有的符号位都摘取出来，许可证的体积就会过于庞大，失去了视频分割的意义，因此在系统中加入了选择器，它的作用是决定哪个比特被摘取，哪些比特被忽略，从而达到使许可证体积尽可能小的目的。
实验表明，只需摘取所有比特位的0.5％，就可以对一般视频的质量产生比较大的影响，造成人眼无法容忍的效果下降。选择器的实现可以基于随机发生器实现，它的结构图如图6所示。
首先由随机数产生器产生一个随机数，该数字被送入比较器，比较器将该数与预先设定的阈值进行比较，如果该数值小于阈值，则输出“选择”判决，否则，输出“忽略”判决。假设随机数产生器输出的最大可能数为MAX，输出的最小可能数为0，那个阈值就可选择为MAX/200。
最后，抽取器根据选择器的输出来决定抽取哪些比特位，并将抽取出的比特位和剩余的比特位分别保存为残差信息和主体信息，供加密器进行加密保护。
上述过程也同样适用于JPEG，MP3，MPEG-4，H.264等其他媒体格式，只需将关键信息抽取规则进行修改即可。
一种基于内容分割的内容保护方法，其中加密器的特征在于，可以选择不同的加密方法对主体信息和残差信息进行加密。对于主体信息，根据用户设定的密钥和加密方法，进行一次性全文件加密；对于残差信息，根据用户提供一些特殊信息，对于不同的用户，可采用不同的密钥和不同的加密方法进行加密，从而最大限度的保护残差信息的安全性。
对于主体信息的保护过程如图7所示，加密器的输入是主体信息和管理员所设定好的加密密钥和加密方法，输出则是经该加密方法和密钥加密过的保护内容。加密密钥和加密方法将会被加入进用户的许可证中，供终端在解密时使用。
主体信息只被加密一次，因此其安全性相对较差，但由于主体信息较原始内容的质量相差甚远，因此即使被攻破，也不会带来太大的损失，用户为了接收到令自己满意的内容，仍须获取许可证。
加密器对残差信息的保护过程如图8所示，与主体信息不同的是，并不是直接输入预先设定好的加密密钥和加密方法进行加密，而是先获取申请残差信息的终端信息，然后服务器根据与终端协商好的方法生成相应的加密密钥并选择加密方法，对残差信息进行加密。由于残差信息的体积较小，因此这种一次一密的方法是可行的。不同的终端提供的信息是不同的，因此这种方法最大程度的保护了内容的安全性。
一种基于内容分割的内容保护方法，恢复器的特征在于包括以下几部分主体信息解密器、残差信息解密器和合并器三部分，能够将受保护的主体信息和残差信息恢复成原始的内容。基结构如图9所示。
主体信息解密器它首先从许可证中获取主体信息的加密密钥和加密方法，将受保护的主体信息进行解密。这一部分与终端设备无关。
残差信息解密器它首先要获取终端设备的信息，并根据这个信息利用与服务器端协商好的方法生成解密密钥并选择解密方法，将受保护的残差信息进行解密。这一部分与终端设备密切相关，不同的终端设备生成的密钥和选择的方法都是不同的。
合并器它会根据与服务器端协商好的方法将主体信息和残差信息进行合并，最终恢复出原始的内容供用户使用。
权利要求
1.一种基于内容分割的内容保护方法，其特征是，不对原始内容进行直接的加密操作，而是先按照一定的方法将原始内容分割成主体信息和残差信息两部分，主体信息的体积占据原始内容的绝大部分，通过它也可以直接获取原始内容的大部信息；另一方面，残差信息的体积只占有原始内容的很小的一部分，并且单纯通过它不能直接获取原始内容的直观信息，分割出来的主体信息和残差信息将会通过不同强度的加密方式进行保护，主体信息采用强度较低的加密方式进行保护或者不加密；残差信息采用强度较高的加密方式进行保护，包括以下几部分—分割器其作用是根据内容的不同类型，使用不同的方法，将内容分离成主体信息和残差信息两部分；—加密器其作用是对主体信息和残差信息进行加密保护，对主体信息它会采用强度低的加密方式，对残差信息会采用强度高的加密方式；—恢复器其作用是将受保护的主体信息和残差信息恢复成原始内容。
2.根据权利要求1所述的基于内容分割的内容保护方法，其特征在于，分割器，包括以下几部分—内容解析器根据原始内容的类型，对其进行分析，从中抽取出所有符合预先定义的关键信息；—选择器它根据预先设定的规则，对内容解析器中输出的关键信息进行筛选，决定抽取哪一些关键信息以最终形成残差信息；—抽取器它接收内容解析器输出的关键信息，在选择器的指示下，将原始文件分离成主体信息和残差信息。
3.根据权利要求1所述的基于内容分割的内容保护方法，其特征在于，加密器，可以选择不同的加密方法对主体信息和残差信息进行加密，对于主体信息，根据用户设定的密钥和加密方法，进行一次性全文件加密；对于残差信息，根据用户提供一些特殊信息，对于不同的用户，可采用不同的密钥和不同的加密方法进行加密，从而最大限度的保护残差信息的安全性。
4.根据权利要求1所述的基于内容分割的内容保护方法，其特征在于，恢复器，包括以下几部分—主体信息解密器其作用是根据输入的加密密钥和加密方法对受保护的主体信息进行解密；—残差信息解密器其作用是根据输入的终端信息生成解密密钥和选择解密方法，对残差信息进行解密；—合并器其作用按照正确的方式将解密后的主体信息和残差信息合并成原始内容。
全文摘要
本发明涉及数字权利管理技术领域，特别是一种基于内容分割的内容保护方法。先按照一定的方法将原始内容分割成主体信息和残差信息两部分，主体信息的体积占据原始内容的绝大部分，通过它也可以直接获取原始内容的大部信息；另一方面，残差信息的体积只占有原始内容的很小的一部分，并且单纯通过它不能直接获取原始内容的直观信息，分割出来的主体信息和残差信息将会通过不同强度的加密方式进行保护，主体信息采用强度较低的加密方式进行保护或者不加密；残差信息采用强度较高的加密方式进行保护。本发明可广泛应用于各类数字媒体(例如JPEG、MP3、MPEG2、MPEG4、H.264等)保护。
文档编号H04N7/50GK101047843SQ200610066308
公开日2007年10月3日 申请日期2006年3月28日 优先权日2006年3月28日
发明者马涛, 周莉, 陈杰 申请人:中国科学院微电子研究所