专利名称：基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签生成及认证方法
技术领域：
本发明涉及的是一种信息安全技术领域的方法，具体是一种基于视频特征及数字 签名的视频隐蔽标签生成及认证方法。
背景技术：
随着Internet的发展，网络视频越来越多地融入进了人们的生活。由于其不需下 载、免费观看，以及清晰度日益提高等特点，网络视频已逐渐成为当今人们最重要的视频信 息来源之一。然而，伴随着网络视频产业的迅猛发展，暴力、血腥、色情等不良视频的非法 传播问题也越来越多地暴露出来。尤其对于那些允许用户上传的主流视频网站，一旦受利 益驱使，极易出现不良视频，且其造成的社会负面影响覆盖面极大。针对以上问题，本发明 提出利用最新的数字水印技术、公钥基础设施(Public Key Infrastructure，简称PKI)技 术、加密技术联合构造新型的视频隐蔽标签及其认证方法。视频隐蔽标签生成及认证技术 是解决网络视频内容监管的一种新的技术方案。它将视频的相关信息、认证信息和视频特 征结合一起，作为隐藏标签嵌入到多媒体视频中，以起到鉴定视频来源，以及视频内容完整 性、不可抵赖性和标签安全性。经过对现有技术的检索发现中国专利文献号CN1386341，
公开日2002. 12. 18，记 载了一种“通过组合信号的水印与特性标识的多媒体监视”方法，该方法提取视频内容的特 性特征，构成该内容的特征标识并结合视频内容的数据库索引形成待嵌入水印信息。中国 专利文献号CN101303725，
公开日2008. 11. 12，记载了一种“基于纠错编码的脆弱水印生成 和认证方法”，该技术将缩小的原始图像进行小波变换，对分解得到的小波变换低频系数进 行量化形成二进制数据与含指纹信息的二进制数据先进行BCH编码，再经过置乱加密形成 最终的图像水印。通信学报(2009年第8期)，记载了一种“适用于广播监视的安全视频水 印方案”，该方案使用三维离散小波变换及一种新颖的顽健视频散列算法，利用生成的散列 值和水印标识形成待嵌入的水印信息。上述现有的隐蔽标签生成及认证技术均可在一定程度上实现视频内容监管，但对 于攻击者伪造标签，或将一授权标签移植到非授权视频中的重放行为缺乏有效防范手段。 此外，应对视频内容负有责任的视频发布网站也有可能对标签生成和嵌入行为予以否认。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于视频特征及数字签名的视频 隐蔽标签生成及认证方法，使用该方法构造的隐蔽标签不仅具有很好的鲁棒性和安全性， 还具备一般视频水印没有的完整性、不可否认性及标签与视频的唯一绑定性等特点。该标 签可用于权威部门对网络视频内容的监管，在这一应用中，监管部门能根据嵌入视频中的 标签准确无误地鉴定视频发布网站，在视频中出现不良内容的情况下有足够的依据追究该 发布网站的责任。本发明是通过以下技术方案实现的
本发明涉及一种基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，包括以下 步骤第一步、将原始视频转化到灰度空间后对视频进行镜头分割并提取每个镜头的关 键帧，得到发送端关键帧序列KFS。第二步、提取发送端关键帧序列KFS的视觉描述子，经描述子优化组合得到视频 特征向量FV，使用PCA方法对视频特征向量FV进行降维，得到发送端视频特征F。所述的视觉描述子是指一系列用于描述多媒体视觉信息、定义视觉特征的语法和 语义的向量。所述的描述子优化组合是指将描述子进行不同组合，选择出其中占用字节数较少 且特征表述准确的相对较优的描述子组合方式。所述的用PCA方法对发送端视频特征向量FV进行降维是指通过分析出FV中变化 较大的主要成分，将维数较大的FV映射为维数较小的向量，以实现降低数据量的目的。第三步、构造标签明文字段M，包括将发布视频的网站名称WID、网站中实施标签 嵌入的标签服务器名称MID、基于系统当前时间的时间戳TS、视频特征向量F、载体视频类 型VT以及扩展位EX。使用标签嵌入服务器的私钥对除视频特征外的其他字段进行数字签 名，得到数字签名S,级联M与S生成隐蔽标签信息W。所述的级联是指将提到所有字段按首位相连的方式合并成为一个完整的数据段。所述的隐蔽标签信息W包括明文部分和签名部分，其中明文部分包括16bit 的网站ID、16bit的标签服务器ID、32bit的时间戳、视频特征、8bit的视频类型和16bit的 扩展位，签名部分包括64*8 = 512bit的数字签名。第四步、将第三步中生成的隐蔽标签信息W分割为每段长度为k的二进制信息组 序列XS= (X1, X2,…，Xn)。生成基于(n，k)分组码的纠错编码生成矩阵G，将每个Xm，m = 1,2,…，η编码成长度为η的码字Cm，m = 1，2，…，n，编码公式如下Cffl = Xffl · G生成的码字序列(C1, C2，-,Cn)即为发送端纠错编码后的标签信息CW。所述的纠错编码生成矩阵G是指由k个线性无关向量组成的k维线性空间的基底 所构成的kXn阶矩阵。第五步、使用片率Cr对CW进行重复扩展，得到BCW，使用密钥Key产生与CW相同 长度的伪随机序列PN，与扩展后的标签信息按位异或，得到发送端隐蔽标签SCW，公式表述 如下SCW = Bav^IjN所述的产生伪随机序列PN的方式为通过软件编程方法产生一个基于m序列的伪 随机二进制序列，该方法需要密钥种子Key的参与。本发明涉及上述视频隐蔽标签的认证方法，包括以下步骤步骤一、使用与标签生成端相同的种子Key产生伪随机序列PN，将伪随机序列PN 与提取出的接收端隐蔽标签SCW按位异或得到扩展后的已编码标签信息BCW，公式表述如 下BCW = SCW 十 PN所述的接收端隐蔽标签SCW是指接收端在隐蔽标签解析前通过与发送端相应的
5标签提取算法提取出的隐蔽标签。所述的已编码标签信息BCW是指接收端隐蔽标签SCW与接收端产生的PN序列异 或后得到序列。步骤二、根据标签生成端的纠错编码生成矩阵G计算得到一致校验矩阵H，其中G
具有如下系统形式
权利要求
一种基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特征在于，包括以下步骤第一步、将原始视频转化到灰度空间后对视频进行镜头分割并提取每个镜头的关键帧，得到发送端关键帧序列KFS；第二步、提取发送端关键帧序列KFS的视觉描述子，经描述子优化组合得到视频特征向量FV，使用PCA方法对视频特征向量FV进行降维，得到发送端视频特征F；第三步、构造标签明文字段M，包括将发布视频的网站名称WID、网站中实施标签嵌入的标签服务器名称MID、基于系统当前时间的时间戳TS、视频特征向量F、载体视频类型VT以及扩展位EX，使用标签嵌入服务器的私钥对除视频特征外的其他字段进行数字签名，得到数字签名S，级联M与S生成隐蔽标签信息W；第四步、将第三步中生成的隐蔽标签信息W分割为每段长度为k的二进制信息组序列XS＝(X1，X2，…，Xn)，生成基于(n，k)分组码的纠错编码生成矩阵G，将每个Xm，m＝1，2，…，n编码成长度为n的码字Cm，m＝1，2，…，n，编码公式如下Cm＝Xm·G生成的码字序列(C1，C2，…，Cn)即为发送端纠错编码后的标签信息CW；第五步、使用片率Cr对CW进行重复扩展，得到BCW，使用密钥Key产生与CW相同长度的伪随机序列PN，与扩展后的标签信息按位异或，得到发送端隐蔽标签SCW，公式表述如下 <mrow><mi>SCW</mi><mo>=</mo><mi>BCW</mi><mo>⊕</mo><mi>PN</mi><mo>.</mo> </mrow>
2.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的视觉描述子是指一系列用于描述多媒体视觉信息、定义视觉特征的语法和语 义的向量。
3.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的描述子优化组合是指将描述子进行不同组合，选择出其中占用字节数较少且 特征表述准确的相对较优的描述子组合方式。
4.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的用PCA方法对发送端视频特征向量FV进行降维是指通过分析出FV中变化较 大的主要成分，将维数较大的FV映射为维数较小的向量，以实现降低数据量的目的。
5.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的级联是指将提到所有字段按首位相连的方式合并成为一个完整的数据段。
6.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的隐蔽标签信息W包括明文部分和签名部分，其中明文部分包括16bit的网 站ID、16bit的标签服务器ID、32bit的时间戳、视频特征、8bit的视频类型和16bit的扩展 位，签名部分包括64*8 = 512bit的数字签名。
7.根据权利要求1所述的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签的生成方法，其特 征是，所述的纠错编码生成矩阵G是指由k个线性无关向量组成的k维线性空间的基底所 构成的kXn阶矩阵。
8.一种根据权利要求1所述视频隐蔽标签的认证方法，其特征在于，包括以下步骤步骤一、使用与标签生成端相同的种子Key产生伪随机序列PN，将伪随机序列PN与提取出的接收端隐蔽标签SCW按位异或得到扩展后的已编码标签信息BCW，公式表述如下 BCW = SCW PN.步骤二、根据标签生成端的纠错编码生成矩阵G计算得到一致校验矩阵H，其中G具有 如下系统形式G = [h''-P] ="10...0PuPn·· P\n-k01...0PllPll · · Pln-k··. 0000 1PklPk2 · · Pkn-k _则与之对应的一致校验矩阵H为〃 =IrZ义_」，使用一致校验矩阵H对已编码标签信息BCW进行译码，得到接收端标签信息W ；步骤三、对原始视频进行解码，将其转化到灰度空间，得到视频帧序列，对视频进行镜 头分割，提取每个镜头的关键帧，得到接收端关键帧序列KFS ；步骤四、提取关键帧的视觉描述子，经描述子优化组合处理后得到视频特征向量FV，使 用PCA方法对其降维，得到接收端视频特征F* ；步骤五、提取接收端标签信息W中所有字段，包括明文部分和签名部分，其中明文部 分包括:16bit的网站ID WID、16bit的标签服务器ID MID、32bit的时间戳TS、视频特征F、 8bit的视频类型VT和16bit的扩展位EX，签名部分包括64*8 = 512bit的数字签名S，比 较提取出的视频特征F与第四步中得到的视频特征广，验证标签是否与视频绑定并验证标 签中的数字签名，确认标签的完整性与不可否认性。
9.根据权利要求8所述的认证方法，其特征是，所述的接收端隐蔽标签SCW是指接收端 在隐蔽标签解析前通过与发送端相应的标签提取算法提取出的隐蔽标签。
10.根据权利要求8所述的认证方法，其特征是，所述的已编码标签信息BCW是指接收 端隐蔽标签SCW与接收端产生的PN序列异或后得到序列。
全文摘要
一种信息安全技术领域的基于视频特征及数字签名的视频隐蔽标签生成及认证方法，采用基于视觉描述子的提取及优化组的方式生成视频特征作为标签的一部分，以实现标签与视频的绑定，有效抵御攻击者对授权标签的合谋攻击行为。使用该方法构造的隐蔽标签不仅具有很好的鲁棒性和安全性，还具备一般视频水印没有的完整性、不可否认性及标签与视频的唯一绑定性等特点。
文档编号H04N7/26GK101977319SQ20101052975
公开日2011年2月16日 申请日期2010年11月3日 优先权日2010年11月3日
发明者周悦, 孙锬锋, 蒋兴浩, 陆欢 申请人:上海交通大学