CN101165699A - 一种基于数字水印的数字产品内容保护系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于数字水印的数字产品内容保护系统，包括：挑选器，用于将从原始内容中解析并挑选出的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并输出给加密器；加密器，用于对重点加密信息进行加密操作，对可选加密信息进行或者不进行加密操作，并输出给恢复器；恢复器，用于将重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容输出给嵌入数字水印器；嵌入数字水印器，用于对原始内容进行数字水印信息嵌入，将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端拷贝。本发明同时公开了一种基于数字水印的数字产品内容保护方法。利用本发明，能够追踪和查找到为盗版提供多媒体数据的用户，实现对数字产品内容的有效保护。

Description

一种基于数字水印的数字产品内容保护系统及方法

技术领域

本发明涉及数字权利管理(DRM)技术领域，尤其涉及一种基于数字水印的数字产品内容保护系统及方法。

背景技术

DRM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，而DRM技术则是一种有效的保护数字版权的方式。

DRM技术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，并通过权利表达语言(REL)对用户的行为进行控制，进而达到对数字内容进行保护的目的。

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系统一般都采用一次性加密的方式对数字内容进行保护。在一些DRM系统中，例如开放移动联盟(OMA)标准中，采用的是对整个数字内容进行加密的方式进行保护。

上述这种加密方式的优点是简单、方便、易于实现。但是，这种加密方式也存在安全性差的缺点。因为所有数字内容只用一把加密密钥，只要该加密密钥在一台终端上被破解，那么在其他终端都可以用该密钥对数字内容进行解密，进而无法实现对数字产品内容的有效保护，严重侵犯了数字产品内容所有者的合法权益。

另外，一些数字产品内容用户违反协议，为盗版提供多媒体数据，进而使数字产品内容得以大量非法复制，同样严重侵犯了数字产品内容所有者的合法权益。

但是，目前还不存在一种技术手段来防止多媒体数据的流失，无法有效地追踪和查找那些违反协议为盗版提供多媒体数据的用户，进而无法实现对数字产品内容的有效保护。

发明内容

(一)要解决的技术问题

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种基于数字水印的数字产品内容保护系统，以防止多媒体数据的流失，有效地追踪和查找那些违反协议为盗版提供多媒体数据的用户，实现对数字产品内容的有效保护。

本发明的另一个目的在于提供一种基于数字水印的数字产品内容保护方法，以防止多媒体数据的流失，有效地追踪和查找那些违反协议为盗版提供多媒体数据的用户，实现对数字产品内容的有效保护。

(二)技术方案

为达到上述一个目的，本发明提供了一种基于数字水印的数字产品内容保护系统，该系统包括：

挑选器，用于从接收的原始内容中解析并挑选出运动矢量、离散余弦变换系数符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

加密器，用于对接收的重点加密信息进行加密操作，对接收的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后受保护的重点加密信息和受保护或未受保护的可选加密信息输出给恢复器；

恢复器，用于将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器；

嵌入数字水印器，用于对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

所述挑选器包括：

解析器，用于从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器；

选择器，用于向分类组合器输出选择或忽略指令；

分类组合器，用于根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器。

所述选择器包括：

随机数产生器，用于随机产生随机数，并将产生的随机数输出给比较器；

比较器，用于将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令。

所述恢复器包括：

重点加密信息解密器，用于根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给合并器；

可选加密信息解密器，用于当可选加密信息被加密的情况下，根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给合并器；若可选加密信息未被加密，则可选加密信息解密器直接将接收的可选加密信息输出给合并器；

合并器，用于根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将接收的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容。

为达到上述另一个目的，本发明提供了一种基于数字水印的数字产品内容保护方法，该方法包括：

A、解析器从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器；

B、分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果，将挑选出的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

C、加密器对接收自分类组合器的重点加密信息进行加密操作，根据设定对接收自分类组合器的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后的重点加密信息和可选加密信息输出给恢复器；

D、恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器；

E、嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

所述解析器接收的原始内容为AVS视频流，

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的运动矢量为mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位；

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的离散余弦变换系数的符号的比特位为trans_coefficient的最后一位；

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的帧内预测模式的编码比特位为intra_luma_pred_mode的最后一位。

步骤A中所述解析器将解析出的结果输出给分类组合器包括：解析器将mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位输出给分类组合器。

步骤A与步骤B之间进一步包括：选择器中的随机数产生器随机产生随机数，并将产生的随机数输出给选择器中的比较器；选择器中的比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令。

所述比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令包括：

如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令；或者，

如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出忽略指令；否则，比较器向分类组合器输出选择指令。

步骤B中所述分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果包括：分类组合器如果接收自选择器的指令为选择指令，则挑选解析器输入的解析结果；如果接收自选择器的指令为忽略指令，则不挑选解析器输入的解析结果。

步骤C中所述加密器对接收自分类组合器的重点加密信息和可选加密信息分别进行加密操作包括：

加密器对接收自分类组合器的重点加密信息，根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密；

加密器对接收自分类组合器的可选加密信息，根据设定的加密密钥和加密方法，进行一次性全文件加密。

步骤D中所述恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容包括：

D1、恢复器中的重点加密信息解密器根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给恢复器中的合并器；恢复器中的可选加密信息解密器判断可选加密信息是否被加密，如果是，则根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；否则，可选加密信息解密器直接将接收到的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；

D2、恢复器中的合并器根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容。

步骤E中所述数字水印信息至少包括创建者、所有者的标识信息或设备的标识符；步骤E中所述嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入包括：

E1、嵌入数字水印器以8×8为一个块，将接收的原始内容分为32×32个块，并对每个块进行二维离散余弦变换DCT，变换后每个块得到DCT系数；

E2、嵌入数字水印器对得到的每个DCT系数进行量子化；

E3、嵌入数字水印器利用MD5哈希算法将创建者、所有者的标识信息或设备的标识符压缩成16位；

E4、嵌入数字水印器对密钥和压缩成16位的水印信息做异或运算，得到加密水印信息；

E5、嵌入数字水印器将经过DCT变换后的内容分为8×4的块，在每个8×4的块中嵌入加密水印信息，在相邻的2个块中嵌入1位加密水印信息。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

1、利用本发明，通过利用数字水印技术在原始内容中嵌入创建者、所有者的标识信息或设备的标识符等数字水印信息，在盗版者进行非法复制时，该数字水印信息同时被非法复制。在发生版权纠纷时，通过提取和分析嵌入的数字水印信息，可以有效地追踪和查找到那些违反协议为盗版提供多媒体数据的用户，进而有效防止多媒体数据的流失，实现对数字产品内容的有效保护。

2、利用本发明，通过将原始内容中的关键信息提取出来组成重点加密信息，原始内容中的剩余信息组成可选加密信息，并采用不同强度的保护方式对重点加密信息进行加密，对可选加密信息进行或不进行加密。可选加密信息对于所有用户都采用相同的加密方式，或者干脆不进行加密；重点加密信息则要根据不同的用户采用不同的加密方式。主体文件即使遭到攻击，所得到的内容的质量也是攻击者难也接受的，从而有效地保证了对数字产品内容保护安全性和效率的平衡，实现了对数字产品内容的有效保护。

3、利用本发明，由于在挑选重点加密信息时，是按照重点加密信息体积最小化，对整个数字内容影响最大化的原则挑选的；在对重点加密信息进行加密时，是根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密的，所以本发明可以最大限度的保护重点加密信息的安全性。这样一来，即使可选加密信息遭受攻击，所得到的内容也是难以接受的，从而实现了对数字产品内容的有效保护。

4、本发明可以广泛应用于各类数字媒体的保护，例如多灰度连续色调静态图象压缩编码(JPEG)、MP3、MPEG2、MPEG4、高级视频编码标准(H.264)、数字音视频编解码技术标准(AVS)等，非常有利于本发明的推广和应用。

附图说明

图1为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统的结构框图；

图2为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统中挑选器的结构框图；

图3为现有技术中AVS视频流的结构示意图；

图4为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统挑选器中选择器的结构框图；

图5为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统中恢复器的结构框图；

图6为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护方法流程图；

图7为本发明提供的加密器对重点加密信息进行加密过程的示意图；

图8为本发明提供的加密器对可选加密信息进行加密过程的示意图；

图9为本发明提供的嵌入数字水印器对合并后的原始数据进行数字水印嵌入的示意图；

图10为本发明提供的嵌入数字水印的过程示意图；

图11为本发明提供的嵌入1位信息水印的位置示意图；

图12为本发明提供的嵌入数字水印的示意图；

图13为本发明提供的取出数字水印的过程示意图；

图14为依照本发明实施例对基于数字水印的数字产品内容进行保护的方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

本发明的核心内容是：通过将原始内容中的关键信息提取出来组成重点加密信息，原始内容中的剩余信息组成可选加密信息，并采用不同强度的保护方式对重点加密信息进行加密，对可选加密信息进行或不进行加密。并在原始内容被恢复后，利用数字水印技术在原始内容中嵌入创建者、所有者的标识信息或设备的标识符等数字水印信息，在盗版者进行非法复制时，该数字水印信息同时被非法复制。在发生版权纠纷时，通过提取和分析嵌入的数字水印信息，可以有效地追踪和查找到那些违反协议为盗版提供多媒体数据的用户，进而有效防止多媒体数据的流失，实现对数字产品内容的有效保护。

如图1所示，图1为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统的结构框图，该系统包括挑选器101、加密器102、恢复器103和嵌入数字水印器104。

其中，挑选器101用于从接收的原始内容中解析并挑选出运动矢量、离散余弦变换系数符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器102。

加密器102用于对接收的重点加密信息进行加密操作，对接收的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后受保护的重点加密信息和受保护或未受保护的可选加密信息输出给恢复器103。

恢复器103用于将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器104。

嵌入数字水印器104用于对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

以下分别对上述挑选器101、加密器102、恢复器103和嵌入数字水印器104进行详细描述：

如图2所示，图2为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统中挑选器的结构框图，该挑选器包括解析器201、选择器202和分类组合器203。

其中，解析器201用于从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器203。

选择器202用于向分类组合器202输出选择或忽略指令。

分类组合器203用于根据接收自选择器202的指令挑选解析器201输入的解析结果，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器102。

挑选器针对不同的数字产品内容，采用不同的分割技术，其目的是使挑选出的重点加密信息的体积最小，对整个数字产品内容的影响最大化。下面以AVS视频流为例，描述挑选器的工作原理：

挑选器将AVS视频流中的部分离散余弦变换(DCT)系数、帧内预测模式的编码以及运动矢量的符号信息提取出来作为重点加密信息。在对AVS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。

如图3所示，图3为现有技术中AVS视频流的结构示意图。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，这类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3所示。

P-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mv_diff_x和mv_diff_y，只有从AVS视频流中正确的解析出这两个信息，才能够在参考帧获取正确的参考值。因此，如果把mv_diff_x和mv_diff_y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AVS视频流中，每一帧是被划分为块并分别进行压缩编码的，每一块的大小为8×8。解码时，先要从AVS视频流中恢复量化后的DCT系数，经Zig-Zag反变换后获得二维DCT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。

在AVS视频标准中，I-帧内采用了帧内预测的技术，对于一个亮度块，可以应用5种不同的预测模式，对于一个色度块，可以应用4种不同的预测模式。每个图像块先根据相邻的像素和选定的预测模式进行预测，再与差值相加最终获取解码后的数据。如果对码流中的预测模式进行修改，会影响最终的解码结果，从而破坏视频的视觉效果。

基于上述分析，通过破坏视频流中部分的运动向量、DCT系数以及帧内预测模式的编码就可以显著降低视频质量。进一步的，对于运动向量和DCT系数，只需改变它们的符号信息就可以达到目的。

解析器201的解析过程依据AVS视频标准，运动矢量的解码过程中需要用到mv_diff_x和mv_diff_y这两个变量，它们在码流中是以有符号指数哥伦布码的方式存储的，对应的码值表如表1所示。

CodeNum	语法元素值
		0	0
1	1
		2	-1
3	2
		4	-2
5	3
		6	-3
k	(-1)k+1×Ceil(k÷2)

表1

由表1可以看出，mv_diff_x和mv_diff_y的符号位是由有符号指数哥伦布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mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位。

同样，被量化过的DCT系数在码流中也是以指数哥伦布码的形式存储的，在AVS标准中共定义了19个码表，用于表示各种不同的DCT系数，作为一个例子，VLC0_Intra码表如表2所示。

表2

在解码时，首先要对trans_coefficient进行解码，根据trans_coefficient是否小于59采取不同的解码策略。当trans_coefficient小于59时，先要检查当前码表中是否存在以trans_coefficient为索引的表项，如果有，则直接从表中读出level和run，否则，以(trans_coefficient-1)为索引从当前码表中读出run和level，并对level取反。由此可见，当trans_coefficient小于59时，通过对其最低比特位的修改，可以改变DCT系数的符号，此时，解析器应输出trans_coefficient的最后一位。当trans_coefficient大于等于59时，会根据trans_coefficient的奇偶来决定leve的正负，因此，这时改变trans_coefficient的最后一位同样可以改变DCT系数的符号。综上所述，解析器应输出所有trans_coefficient的最后一位。

对于帧内预测模式，只需对亮度的预测模式进行修改即可。在AVS视频码流中，亮度的预测模式intra_luma_pred_mode是以2比特定长的码字来表示的，只需要改变一个比特就可以对其产生较大改动，因此，解析器应输出所有intra_luma_pred_mode的最后一位。

因此，当解析器接收的原始内容为AVS视频流时，解析器从接收的原始内容中解析出的运动矢量为mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位，解析出的离散余弦变换系数的符号的比特位为trans_coefficient的最后一位，解析出的帧内预测模式的编码比特位为intra_luma_pred_mode的最后一位。解析器将mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位输出给分类组合器。

由于重点加密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202，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202的实现可以基于随机发生器实现，它的结构图如图4所示，图4为本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护系统挑选器中选择器的结构框图。

选择器202包括随机数产生器401和比较器402。其中，随机数产生器401用于随机产生随机数，并将产生的随机数输出给比较器。比较器402用于将接收自随机数产生器401的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器203输出选择或忽略指令。

首先选择器中的随机数产生器401随机产生随机数，并将产生的随机数输出给选择器中的比较器402；选择器中的比较器402将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器203输出选择或忽略指令。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。然后，分类组合器203根据选择器202输入的指令决定挑选哪些比特位，并将挑选出的比特位组成重点加密信息，将剩余的比特位组成可选加密信息，输出给加密器，供加密器进行加密保护。

上述比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令包括：如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令；或者，如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出忽略指令；否则，比较器向分类组合器输出选择指令。

上述分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果包括：分类组合器如果接收自选择器的指令为选择指令，则挑选解析器输入的解析结果；如果接收自选择器的指令为忽略指令，则不挑选解析器输入的解析结果。

上述过程也同样适用于JPEG，MP3，MPEG-4，H.264等其他媒体格式，只需将关键信息挑选规则进行修改即可。

加密器102用于对接收自挑选器101的重点加密信息和可选加密信息分别进行加密操作，并将加密后受保护的重点加密信息和可选加密信息输出给恢复器103。加密器102可以选择不同的加密方法对可选加密信息和重点加密信息分别进行加密。对于可选加密信息，根据设定的加密密钥和加密方法，进行一次性全文件加密；对于重点加密信息，根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密，从而最大限度的保护重点加密信息的安全性。

如图5所示，图5为本发明提供的数字产品内容保护系统中恢复器的结构框图，该恢复器包括重点加密信息解密器501、可选加密信息解密器502和合并器503。

其中，重点加密信息解密器501用于根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给合并器503。重点加密信息解密器501与终端设备密切相关，不同的终端设备生成的加密密钥和选择的加密方法都是不同的。

可选加密信息解密器502用于当可选加密信息被加密的情况下，根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给合并器503；若可选加密信息未被加密，则可选加密信息解密器502直接将接收的可选加密信息输出给合并器503。可选加密信息解密器502与终端设备无关。如果可选加密信息未被加密，则不启动可选加密信息解密器。

合并器503用于根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将接收的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，输出给用户使用。

基于上述对本发明提供的数字产品内容保护系统的说明，以下对本发明提供的数字产品内容保护方法进一步详细说明。

如图6所示，图6为本发明提供的数字产品内容保护方法流程图，该方法只对数字产品内容的部分信息进行加密，该方法包括以下步骤：

步骤601：解析器从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器；

步骤602：分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果，将挑选出的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

步骤603：加密器对接收自分类组合器的重点加密信息进行加密操作，根据设定对接收自分类组合器的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后的重点加密信息和可选加密信息输出给恢复器；

步骤604：恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器；

步骤605：嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

在上述步骤601中，当解析器接收的原始内容为AVS视频流时，解析器从接收的原始内容中解析出的运动矢量为mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位，解析出的离散余弦变换系数的符号的比特位为trans_coefficient的最后一位，解析出的帧内预测模式的编码比特位为intra_luma_pred_mode的最后一位。解析器将mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位输出给分类组合器。

上述步骤601与步骤602之间进一步包括：选择器中的随机数产生器随机产生随机数，并将产生的随机数输出给选择器中的比较器；选择器中的比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令。

上述比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令包括：如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令；或者，如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出忽略指令；否则，比较器向分类组合器输出选择指令。

上述步骤602中所述分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果包括：分类组合器如果接收自选择器的指令为选择指令，则挑选解析器输入的解析结果；如果接收自选择器的指令为忽略指令，则不挑选解析器输入的解析结果。

上述步骤603中所述加密器对接收自分类组合器的重点加密信息进行加密操作包括：加密器对接收自分类组合器的重点加密信息，根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密。

上述步骤603中所述加密器根据设定对接收自分类组合器的可选加密信息进行或者不进行加密操作包括：加密器根据设定的加密密钥和加密方法，对接收自分类组合器的可选加密信息进行一次性全文件加密，或者不进行加密操作。

加密器对重点加密信息的保护过程如图7所示，与可选加密信息不同的是，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，而是先获取申请重点加密信息的终端信息，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，对重点加密信息进行加密。由于重点加密信息的体积较小，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。

对于可选加密信息的保护过程如图8所示，加密器的输入是可选加密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。可选加密信息只被加密一次，因此其安全性相对较差，但由于可选加密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。

上述步骤604中所述恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容包括：

步骤6041：恢复器中的重点加密信息解密器根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给恢复器中的合并器；恢复器中的可选加密信息解密器判断可选加密信息是否被加密，如果是，则根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；否则，可选加密信息解密器直接将接收到的可选加密信息输出给恢复器中的合并器。

在本步骤中，重点加密信息解密器与可选加密信息解密器可以同时工作，分别对重点加密信息和可选加密信息进行解密，也可以根据接收到重点加密信息和可选加密信息的先后顺序，对先接收到的重点加密信息或可选加密信息进行解密。

步骤6042：恢复器中的合并器根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容。

上述步骤605中所述数字水印信息至少包括创建者、所有者的标识信息或设备的标识符；所述嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入包括：

步骤6051：嵌入数字水印器以8×8为一个块，将接收的原始内容分为32×32个块，并对每个块进行二维离散余弦变换DCT，变换后每个块得到DCT系数；

步骤6052：嵌入数字水印器对得到的每个DCT系数进行量子化；

步骤6053：嵌入数字水印器利用MD5哈希算法将创建者、所有者的标识信息或设备的标识符压缩成16位；

步骤6054：嵌入数字水印器对密钥和压缩成16位的水印信息做异或运算，得到加密水印信息；

步骤6055：嵌入数字水印器将经过DCT变换后的内容分为8×4的块，在每个8×4的块中嵌入加密水印信息，在相邻的2个块中嵌入1位加密水印信息。

上述嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入的过程如图9所示，图9为本发明提供的嵌入数字水印器对合并后的原始数据进行数字水印嵌入的示意图。合并后的原始内容码流经过嵌入数字水印器将创建者、所有者的标识信息或设备的标识符(即序列号)隐藏于数字内容的某些信息中，然后将码流输出给解码器或者拷贝到其他终端。针对于不同的内容类型，采用不同的隐藏技术，但目的都是采用的数字水印具有安全性、隐蔽性、鲁棒性、且数字水印容量要足够的大。

所谓安全性就是数字水印的信息应是安全的，难以篡改或伪造，同时应当有较低的误检测率，当原始内容发生变化时，数字水印应当发生变化，从而可以检测原始数据的变更；当然数字水印同样对重复添加有强的抵抗性。所谓隐蔽性就是数字水印应是不知觉的，而且应不影响被保护数据的正常使用，人类的视听觉不会感觉到它的存在。所谓鲁棒性，就是指在经历多种无意或有意的信号处理过程后，数字水印仍能保持部分完整性并能被准确鉴别。可能的信号处理过程包括信道噪声、滤波、数/模与模/数转化、重采样、剪切、位移、尺度变化以及有损压缩编码等。所谓水印容量是指嵌入的水印信息必须足以表示多媒体内容的创建者、所有者的标示信息或设备的序列号，这样有利于解决版权纠纷，保护数字产权合法拥有者的利益。

下面以数字图像里嵌入数字水印为例，描述嵌入数字水印的工作原理。如图10所示，图10为本发明提供的嵌入数字水印的过程示意图，嵌入数字水印分以下五步进行：

步骤10、原图像以8×8为一个块。原图像分为32×32个块。将每个块进行2维DCT变换。式(1)为2维DCT(Discrete Cosine Transform：离散余弦变换)变换公式。

$F(u,v)=\frac{2}{N}c\left(u\right)c\left(v\right)\underset{x=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{N-1}{\mathrm{\Σ}}}f(x,y)\cos \left\{\frac{(2x+1)u}{2N}\mathrm{\π}\right\}\cos \left\{\frac{(2y+1)v}{2N}\mathrm{\π}\right\}---\left(1\right)$

但是，当u＝0 or v＝0时， $c\left(u\right)=c\left(v\right)=\frac{1}{\sqrt{2}}$

当u≠0，v≠0时，c(u)＝c(v)＝1

象素x，y：象素坐标F(u，v)：DCT系数f(x，y)：图像信号

每个8×8块经过DCT系数变换后，得到64个DCT系数。

步骤11：对每个DCT系数进行量子化。

步骤12：将创建者、所有者的标识信息或设备的标识符(即序列号)用MD5(Message-Digest Algorithm 5：一种将任意长度的字节串变换成128位的大整数，并且它是一个不可逆的字符串换算法)哈希算法，将水印信息压缩成16位。

步骤13：将步骤12的水印信息加密，用密钥和水印信息做XOR(异或运算)运算。

步骤14：将原图像(经过DCT系数变换了的图像)分成8×4的块，每个块里嵌入经过步骤13处理了的水印信息。相邻的2个块中嵌入1位水印信息。嵌入的位置为(u，v)和(u+α，v)。α＝8，u+α为相邻的块。例如，当u＝2，v＝2时，水印信息的值为0时，水印信息嵌入F(u，v)；值为1时，水印信息嵌入F(u+α，v)中。位置如图11所示。水印全部嵌入后如图12所示。当水印的值为1时，原图像(经过DCT变换后的值)的值为奇数，值为0时，为偶数。

取出数字水印的过程如图13所示，图13为本发明提供的取出数字水印的过程示意图，取出数字水印分以下三步进行：

步骤20：将嵌入了水印信息的图像进行DCT变换和反量化。

步骤21：每8×4块取出一个水印信息。密钥哈希值为0时判断F(u，v)；值为1时判断F(u+α，v)的奇偶性，取出水印信息。

步骤22：取出的水印信息和密钥做XOR运算，还原水印信息。

基于图6所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法流程图，以下结合具体的实施例对本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护方法进一步详细说明。

实施例

在本实施例中，以原始内容为AVS视频流为例，结合附图进一步说明本发明提供的基于数字水印的数字产品内容保护方法的详细步骤。

如图14所示，图14为依照本发明实施例对基于数字水印的数字产品内容进行保护的方法流程图，该方法包括以下步骤：

步骤1401：解析器从接收的原始内容中解析出mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位。

步骤1402：解析器将mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位输出给分类组合器。

步骤1403：选择器中的随机数产生器随机产生随机数，并将产生的随机数输出给选择器中的比较器。

步骤1404：选择器中的比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令。

步骤1405：分类组合器判断接收自选择器的指令，如果接收自选择器的指令为选择指令，则挑选解析器输入的解析结果；如果接收自选择器的指令为忽略指令，则不挑选解析器输入的解析结果。

步骤1406：分类组合器将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

步骤1407：加密器对接收自分类组合器的重点加密信息和可选加密信息分别进行加密操作，并将加密后受保护的重点加密信息和可选加密信息输出给恢复器；

在本步骤中，在加密器对接收自分类组合器的重点加密信息和可选加密信息进行加密操作时，对于重点加密信息，加密器根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密；对于可选加密信息，加密器根据设定的加密密钥和加密方法，进行一次性全文件加密。

步骤1408：恢复器中的重点加密信息解密器根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给恢复器中的合并器；恢复器中的可选加密信息解密器根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；

在本步骤中，重点加密信息解密器与可选加密信息解密器可以同时工作，分别对重点加密信息和可选加密信息进行解密，也可以根据接收到重点加密信息和可选加密信息的先后顺序，对先接收到的重点加密信息或可选加密信息进行解密。

步骤1409：恢复器中的合并器根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，输出给嵌入数字水印器。

步骤1410：嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

在本发明所举的这个实施例的步骤1404中，在比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较时，比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令。在实际应用中，比较器向分类组合器输出指令的原则不是一成不变的，也可以根据实际需要，如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出忽略指令；否则，比较器向分类组合器输出选择指令。这样的技术方案与本发明提供的技术方案在技术思路上是一致的，应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种基于数字水印的数字产品内容保护系统，其特征在于，该系统包括：

挑选器，用于从接收的原始内容中解析并挑选出运动矢量、离散余弦变换系数符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

加密器，用于对接收的重点加密信息进行加密操作，对接收的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后受保护的重点加密信息和受保护或未受保护的可选加密信息输出给恢复器；

恢复器，用于将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器；

嵌入数字水印器，用于对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

2.根据权利要求1所述的基于数字水印的数字产品内容保护系统，其特征在于，所述挑选器包括：

解析器，用于从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器；

选择器，用于向分类组合器输出选择或忽略指令；

分类组合器，用于根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果，将挑选的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器。

3.根据权利要求2所述的基于数字水印的数字产品内容保护系统，其特征在于，所述选择器包括：

随机数产生器，用于随机产生随机数，并将产生的随机数输出给比较器；

比较器，用于将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令。

4.根据权利要求1所述的基于数字水印的数字产品内容保护系统，其特征在于，所述恢复器包括：

重点加密信息解密器，用于根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给合并器；

可选加密信息解密器，用于当可选加密信息被加密的情况下，根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给合并器；若可选加密信息未被加密，则可选加密信息解密器直接将接收的可选加密信息输出给合并器；

合并器，用于根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将接收的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容。

5.一种基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，该方法包括：

A、解析器从接收的原始内容中解析出运动矢量、离散余弦变换系数的符号的比特位和帧内预测模式的编码比特位，并将解析出的结果输出给分类组合器；

B、分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果，将挑选出的信息组合成重点加密信息，将挑选后剩余的信息组合成可选加密信息，并将重点加密信息和可选加密信息输出给加密器；

C、加密器对接收自分类组合器的重点加密信息进行加密操作，根据设定对接收自分类组合器的可选加密信息进行或者不进行加密操作，并将处理后的重点加密信息和可选加密信息输出给恢复器；

D、恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容，并输出给嵌入数字水印器；

E、嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入，并将嵌入数字水印信息的原始内容输出给解码器或供其他终端进行拷贝。

6.根据权利要求5所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，所述解析器接收的原始内容为AVS视频流，

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的运动矢量为mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位；

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的离散余弦变换系数的符号的比特位为trans_coefficient的最后一位；

步骤A中所述解析器从接收的原始内容中解析出的帧内预测模式的编码比特位为intra_luma_pred_mode的最后一位。

7.根据权利要求6所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤A中所述解析器将解析出的结果输出给分类组合器包括：

解析器将mv_diff_x和mv_diff_y的指数哥伦布码的最后一位、trans_coefficient的最后一位和intra_luma_pred_mode的最后一位输出给分类组合器。

8.根据权利要求5所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤A与步骤B之间进一步包括：

选择器中的随机数产生器随机产生随机数，并将产生的随机数输出给选择器中的比较器；

选择器中的比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令。

9.根据权利要求8所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，所述比较器将接收自随机数产生器的随机数与自身预先设定的阈值进行比较，并根据比较结果向分类组合器输出选择或忽略指令包括：

如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出选择指令；否则，比较器向分类组合器输出忽略指令；或者，

如果比较器接收的随机数小于预先设定的阈值，则比较器向分类组合器输出忽略指令；否则，比较器向分类组合器输出选择指令。

10.根据权利要求8所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤B中所述分类组合器根据接收自选择器的指令挑选解析器输入的解析结果包括：

分类组合器如果接收自选择器的指令为选择指令，则挑选解析器输入的解析结果；如果接收自选择器的指令为忽略指令，则不挑选解析器输入的解析结果。

11.根据权利要求5所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤C中所述加密器对接收自分类组合器的重点加密信息和可选加密信息分别进行加密操作包括：

加密器对接收自分类组合器的重点加密信息，根据用户提供的特殊信息，对于不同的用户，采用不同的加密密钥和不同的加密方法进行加密；

加密器对接收自分类组合器的可选加密信息，根据设定的加密密钥和加密方法，进行一次性全文件加密。

12.根据权利要求5所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤D中所述恢复器将接收自加密器的重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容包括：

D1、恢复器中的重点加密信息解密器根据获取自终端设备的信息及与服务器端协商的方法，生成解密密钥并选择解密方法，对受保护的重点加密信息进行解密，并将解密后的重点加密信息输出给恢复器中的合并器；恢复器中的可选加密信息解密器判断可选加密信息是否被加密，如果是，则根据可选加密信息的加密密钥和加密方法，对受保护的可选加密信息进行解密，并将解密后的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；否则，可选加密信息解密器直接将接收到的可选加密信息输出给恢复器中的合并器；

D2、恢复器中的合并器根据与服务器端协商的方法对接收的重点加密信息和可选加密信息进行合并，将重点加密信息和可选加密信息恢复为原始内容。

13.根据权利要求5所述的基于数字水印的数字产品内容保护方法，其特征在于，步骤E中所述数字水印信息至少包括创建者、所有者的标识信息或设备的标识符；

步骤E中所述嵌入数字水印器对接收的原始内容进行数字水印信息嵌入包括：

E1、嵌入数字水印器以8×8为一个块，将接收的原始内容分为32×32个块，并对每个块进行二维离散余弦变换DCT，变换后每个块得到DCT系数；

E2、嵌入数字水印器对得到的每个DCT系数进行量子化；

E3、嵌入数字水印器利用MD5哈希算法将创建者、所有者的标识信息或设备的标识符压缩成16位；

E4、嵌入数字水印器对密钥和压缩成16位的水印信息做异或运算，得到加密水印信息；

E5、嵌入数字水印器将经过DCT变换后的内容分为8×4的块，在每个8×4的块中嵌入加密水印信息，在相邻的2个块中嵌入1位加密水印信息。

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