专利名称：基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法
技术领域：
本发明属于数字电视广播领域，尤其是涉及一种基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法。
背景技术：
数字电视已经普及到各大城市，模拟电视终将被数字电视所代替。目前数字电视的收费方式主要是包月收费。在这种收费方式下，无论用户只看了几分钟，还是看了几百小时，都要缴纳相同数目的收视费。这种一刀切的收费方式对于收看电视时间少的用户来说就显得不合理，同时也给运营商制定灵活的营销方案带来障碍，影响了数字电视的普及和发展。另外，运营商在数字电视大力推广的同时还面临新的重要问题一版权保护。合法数字电视用户可以录制并非法传播收看的数字电视内容。随着高清电视、数码摄像设备的普及和快速发展，客户录制并非法传播的数字电视节目的质量越来越好，从而使得收费数 字电视节目内容的盗版日益严重。为有效保护运营商的利益，必须采取版权保护措施防止内容扩散。数字水印技术是目前版权保护最有效的一种方法，目前多数对数字电视进行版权保护的水印技术是在视频节目发送前嵌入水印，这样虽然可以进行版权保护，但却不能跟踪盗版源头，无法遏制盗版根源。申请号为200710013548. X的中国发明专利公开了一种基于数字水印和双向机顶盒的节目监视管理系统，能对数字电视的版权进行保护，但却不能进行计时收费。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，本发明不仅能对数字电视节目进行版权保护同时能做到计时收费，既有利于运营商也有利于用户，其设计新颖合理，操作简单，实现成本低，计时收费精确度高，能够跟踪盗版源头，推广应用价值高，有助于数字电视的普及和发展。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是一种基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于该方法包括以下步骤步骤一、用户观看数字电视的起始时间与节目信息的记录当用户观看数字电视时，与数字电视相接的双向机顶盒接收从数字电视网络发出的射频信号并经过解调后得到视频TS码流，双向机顶盒对视频TS码流进行解复用，提取出视频TS码流中的时间信息和节目信息，并将提取到的时间信息中的观看起始时间h和节目信息实时存储在存储器中，所述节目信息为节目提供商名称和节目名称；步骤二、双向机顶盒读取存放在智能卡中的roK，将PDK生成水印信号并对水印信号进行纠错编码；步骤三、解码器对步骤一中解复用后的视频TS码流进行可变长解码和逆扫描，找到图像层并在图像层中搜索I帧，当搜索到I帧时，解码器对解复用后的视频TS码流进行解码并将步骤二中纠错编码后的水印信号嵌入到I帧亮度分量的中低频DCT系数中，然后，再输出给数字电视以备播放；步骤四、通过数字电视网络与双向机顶盒相接的用户管理系统对用户观看数字电视进行计时收费，其具体过程如下步骤401、当用户结束观看收费数字电视节目时,双向机顶盒记录观看结束时间t2并将观看结束时间t2以及存储器中存储的观看起始时间h和节目信息通过数据回传模块回传给用户管理系统，用户管理系统接收双向机顶盒回传的数据并存储；步骤402、用户管理系统计算观看结束时间丨2和观看起始时间的差，得出用户观看数字电视的时间t = t2-t!；步骤403、用户管理系统根据各种节目信息的定价和用户观看时间t计算出用户的观看费用；
步骤五、当数字电视节目有疑似非法视频传播时，用户管理系统对疑似非法视频信号进行水印提取，利用提取出的水印信号确认版权并进一步判定非法传播数字电视节目的用户，对数字电视进行版权保护。上述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤二中通过双向机顶盒读取存放在智能卡中的I3DKdf PDK生成水印信号并对水印信号进行纠错编码的具体过程如下步骤201、通过双向机顶盒读取存放在智能卡中的PDK并将PDK生成水印信号W=IwiIi = 1，2，...，m}，其中，m为水印信号W的位数；步骤202、水印信号纠错编码双向机顶盒对水印信号W进行(31，16) BCH纠错编码，生成纠错编码后的水印信号W’ ={% I j=l, 2，. . .，1}，其中，I为纠错编码后的水印信号W'的位数；上述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤三中所述解码器对解复用后的视频TS码流进行解码并将步骤二中纠错编码后的水印信号嵌入到I帧亮度分量的中低频DCT系数中的具体过程如下步骤301、将视频TS码流中的I帧亮度分量分为N个DCT块，其中N= (N1X N2) /64，N1XN2为视频帧图像的大小；步骤302、对每一个DCT块，通过逆扫描选择出频率为fmin到fmax的M个中低频DCT系数，M 个 DCT 系数构成 MXN 维矩阵 C= {cfk| f=l, 2，. . . ,M;k=l, 2，. . .，N}；步骤303、通过解码器产生伪随机序列，对矩阵C中的每一行系数进行置乱，生成置乱后的矩阵 C' ={c' fk|f=l,2,...,M;k=l,2,...,N}；步骤304、对纠错编码后的水印信号r的每一位％循环执行以下步骤步骤3041、取每n个DCT块为一个子矩阵Gp将置乱后的矩阵C'划分为L个子矩阵Gj,即C' =%七=1，2，...，1}，并在每个子矩阵中嵌入I比特纠错编码后的水印信号Wj ;其中，L = N/n且N为n的整数倍，n为子矩阵Gj包含DCT块的数目，子矩阵Gj=Ic' fk| f=l, 2,. . . , M;k=(j-l)n+l, (j-l)n+2,. . . , jn}；步骤3042、首先计算每个子矩阵Gj的对数幅度和
权利要求
1.一种基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于该方法包括以下步骤 步骤一、用户观看数字电视的起始时间与节目信息的记录当用户观看数字电视时，与数字电视相接的双向机顶盒接收从数字电视网络发出的射频信号并经过解调后得到视频TS码流，双向机顶盒对视频TS码流进行解复用，提取出视频TS码流中的时间信息和节目信息，并将提取到的时间信息中的观看起始时间h和节目信息实时存储在存储器中，所述 节目信息为节目提供商名称和节目名称； 步骤二、双向机顶盒读取存放在智能卡中的I3DKdf PDK生成水印信号并对水印信号进行纠错编码； 步骤三、解码器对步骤一中解复用后的视频TS码流进行可变长解码和逆扫描，找到图像层并在图像层中搜索I帧，当搜索到I帧时，解码器对解复用后的视频TS码流进行解码并将步骤二中纠错编码后的水印信号嵌入到I帧亮度分量的中低频DCT系数中，然后，再输出给数字电视以备播放； 步骤四、通过数字电视网络与双向机顶盒相接的用户管理系统对用户观看数字电视进行计时收费，其具体过程如下 步骤401、当用户结束观看收费数字电视节目时,双向机顶盒记录观看结束时间t2并将观看结束时间t2以及存储器中存储的观看起始时间h和节目信息通过数据回传模块回传给用户管理系统，用户管理系统接收双向机顶盒回传的数据并存储； 步骤402、用户管理系统计算观看结束时间t2和观看起始时间h的差，得出用户观看数字电视的时间t = t2-t!； 步骤403、用户管理系统根据各种节目信息的定价和用户观看时间t计算出用户的观看费用； 步骤五、当数字电视节目有疑似非法视频传播时，用户管理系统对疑似非法视频信号进行水印提取，利用提取出的水印信号确认版权并进一步判定非法传播数字电视节目的用户，对数字电视进行版权保护。
2.按照权利要求I所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤二中通过双向机顶盒读取存放在智能卡中的TOK，将PDK生成水印信号并对水印信号进行纠错编码的具体过程如下 步骤201、通过双向机顶盒读取存放在智能卡中的PDK并将PDK生成水印信号W=Iwi I i=1，2，...，m}，其中，m为水印信号W的位数； 步骤202、水印信号纠错编码双向机顶盒对水印信号W进行(31，16)BCH纠错编码，生成纠错编码后的水印信号W’ ={% I j=l, 2，. . .，1}，其中，I为纠错编码后的水印信号W'的位数。
3.按照权利要求2所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤三中所述解码器对解复用后的视频TS码流进行解码并将步骤二中纠错编码后的水印信号嵌入到I帧亮度分量的中低频DCT系数中的具体过程如下 步骤301、将视频TS码流中的I帧亮度分量分为N个DCT块，其中N= (N1X N2) /64，N1X N2为视频帧图像的大小； 步骤302、对每一个DCT ±夹，通过逆扫描选择出频率为fmin到fmax的M个中低频DCT系数，M 个 DCT 系数构成 MXN 维矩阵 C= Icfk| f=l, 2，. . ，M; k=l，2，. . .，N}； 步骤303、通过解码器产生伪随机序列，对矩阵C中的每一行系数进行置乱，生成置乱后的矩阵 C' ={c' fk|f=l,2,...,M;k=l,2,...,N}； 步骤304、对纠错编码后的水印信号r的每一位' 循环执行以下步骤 步骤3041、取每n个DCT块为一个子矩阵Gp将置乱后的矩阵C'划分为L个子矩阵Gp即C' ={G」j=l，2，...，L}，并在每个子矩阵中嵌入I比特纠错编码后的水印信号Wj ;其中，L = N/n且N为n的整数倍，n为子矩阵Gj包含DCT块的数目，子矩阵Gj=Ic' fk| f=l, 2,. . . , M;k=(j-l)n+l, (j-l)n+2,. . . , jn}； 步骤3042、首先计算每个子矩阵Gj的对数幅度和
4.按照权利要求3所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤3041中n的取值为24。
5.按照权利要求3所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤3043中0的取值为0. 2 ;当a fk的绝对值大于I时，直接使为I或_1。
6.按照权利要求3所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤五中用户管理系统对疑似非法视频进行水印提取，利用提取出的水印信号确认版权并进一步判定非法传播数字电视节目的用户的具体过程如下 步骤501、将视频TS码流中的I帧亮度分量分为N个DCT块，其中N= (N1X N2) /64，N1X N2为视频帧图像的大小；步骤502、对每一个DCT ±夹，通过逆扫描选择出频率为fmin到fmax的M个中低频DCT系数，M 个 DCT 系数构成 MXN 维矩阵 C= Icfk| f=l, 2，. . ，M; k=l，2，. . .，N}； 步骤503、通过伪随机序列对矩阵C中的每一行系数进行置乱，生成置乱后的矩阵C'={c, fk|f=l,2,...,M;k=l,2,...,N}； 步骤504、取每n个DCT块为一个子矩阵Gp将置乱后的矩阵C'划分为L个子矩阵Gj,即C' = (Gj I j=l, 2，. . .，L}，其中，L=N/n且N为n的整数倍，n的取值与步骤3041中的取值相同； 步骤505、对每个子矩阵循环执行以下步骤 步骤5051、首先计算每个子矩阵Gj的对数幅度和Pj= E f>(1 + |4|)，所有子矩阵的对数幅度和P」构成了一个序列P，然后计算序列P的平均值P ； 步骤5052、计算Pj和戶的差值D = Pj-P ,浩时，判断得出Wj = 1，当
7.按照权利要求6所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于步骤302和步骤502中频率fmin的取值为5Hz，频率fmax的取值为14Hz。
8.按照权利要求I 7中任一权利要求所述的基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，其特征在于所述存储器、智能卡、解码器和数据回传模块均集成在所述双向机顶盒内。
全文摘要
本发明公开了一种基于水印的数字电视计时收费及版权保护方法，包括步骤一、用户观看数字电视的起始时间与节目信息的记录；二、双向机顶盒读取智能卡中的PDK，将PDK生成水印信号并对水印信号纠错编码；三、当搜索到I帧时，解码器在解码时将纠错编码后的水印信号嵌入到I帧亮度分量的中低频DCT系数中，再输出播放；四、用户管理系统对数字电视进行计时收费；五、当数字电视节目有疑似非法视频传播时，对疑似非法视频进行水印提取，利用提取出的水印信号确认版权并进一步判定非法传播数字电视节目的用户。本发明设计新颖合理，操作简单，实现成本低，计时收费精确度高，能够跟踪盗版源头，推广应用价值高，有助于数字电视的普及和发展。
文档编号H04N21/2543GK102740137SQ20121024938
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月18日 优先权日2012年7月18日
发明者张释如, 杜芳辉, 郭维 申请人:西安科技大学