CN104254004A - 一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法及系统,所述方法包含:步骤101)头端进行高码率音视频文件加密和生成发放许可证文件的步骤,该步骤进一步包含:步骤101-1)用于采用序列加密算法加密高码率音视频内容,其中,内容密钥将采用非对称密钥和对称密钥并绑定终端特征信息组合加密后传送给终端;步骤101-2)用于根据密钥库信息生成发放许可证文件的步骤,所述的许可证文件用于限定:允许播放该音视频内容的终端标识、允许播放该内容的起止日期时间和次数;步骤102)终端进行认证和解密,当恢复解密时需满足如下条件终端才能播放音视频文件:终端特征与发送许可证中指定的终端匹配,待播放的音视频文件允许的日期时间和次数范围内。
Description
技术领域
本发明涉及数字内容版权保护技术领域,具体涉及一种适用于高码率内容的数字版权保护方法和系统,所述的高码率率内容通常是指码率不低于1Mb/s的音视频内容,如立体电视和高清电视。
背景技术
随着宽带网络终端技术发展,用户通过宽带网络能享受更多高质量的电视节目在线观看和下载观看服务。其中高码率的AV内容如高清电影和立体电影内容是运营商吸引用户付费的重要手段,为保障运营商和内容提供者利益,通常需要采用数字版权管理技术对内容进行加密和对用户终端播放权限进行控制。
针对高码率内容,由于需要终端具备高强度解密运算能力,现有数字版权保护技术方案常采用两种做法,一是对具有硬件解密能力的特定终端设计高强度加密能力,另外一种方式采用抽取部分内容加密,播放权限控制采用密钥解密功能与用户终端特定信息绑定方法。由于包含PC在内的用户终端类型多重多样,前者限制了可支持的用户终端种类,也排除了大量PC用户终端,后者选择性加密部分内容的方案定制性强,部分内容提供商对选择性加密部分内容的保护方式不认可。
本发明基于此背景,提出一种适用于高码率内容在包括PC终端在内的多种类型终端上通过软解密实现可控播放的数字版权保护方法和系统。
发明内容
本发明的目的在于,为克服上述问题本发明提供一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法和系统。
本发明提供的系统方案包括头端处理和终端处理部分;头端处理流程主要包括AV文件加密流程和许可证生成流程;终端处理主要流程包括:许可证检查认证和解密解码播放流程。
为实现上述目的,本发明提供了一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,所述方法包含:
步骤101)头端进行高码率音视频文件加密和生成许可证文件的步骤,该步骤进一步包含:
步骤101-1)采用序列加密算法加密高码率音视频内容,其中,加密内容的序列密钥用随机方法生成,称为内容密钥,该内容密钥将采用非对称密钥和对称密钥并绑定终端特征信息组合加密,通过许可证分发至终端;
步骤101-2)用于根据内容密钥信息生成发放许可证文件的步骤,所述的发放许可证文件用于限定:允许播放的音视频内容的终端标识、允许播放该音视频内容的起止时间和次数;
步骤102)终端进行认证和解密的步骤,当恢复解密时需满足如下条件终端才能播放音视频文件:终端特征与发送许可证中指定的特定终端匹配,待播放的音视频文件处于许可证规定的允许时间和次数范围内。
上述的步骤101-2)之后还包含:为得到的许可证文件进行数字签名的步骤,该步骤具体为对得到的许可证文件的终端ID、内容密钥的加密封装、允许播放的起止时间和次数字段内容进行HASH摘要运算,对摘要运算结果采用非对称加密得到许可证文件的数字签名,附加在许可证文件的末尾。
上述步骤101-2)进一步包含:
步骤101-2-1)头端根据终端提交的许可证申请文件中包含的KEY-ID匹配找到密钥库文件内用于内容加密的KEY;
步骤101-2-2)头端生成许可证文件的各个字段,所述许可证文件包含下列字段:用户终端ID列表、内容密钥KEY的组合加密封装、允许播放的时间和次数及数字签名,其中,内容密钥KEY的组合加密封装采用预设的非对称密钥、对称传输密钥和基于终端特征标识信息生成的密钥对内容密钥进行组合加密,将组合加密的内容填充至许可证申请文件的内容密钥封装字段。
上述步骤101-1)进一步包含:
步骤101-1-1)选定高码率音视频文件,获得高码率音视频文件的播放时长或码率;
步骤101-1-2)设定免费浏览的开始部分长度即高码率音视频文件开头不加密的部分长度;
步骤101-1-3)采用随机密钥生成策略生成至少16字节长度随机密钥,并保存到密钥库文件中;
步骤101-1-4)生成描述加密音视频文件的头信息,写入加密文件头部,复制免费浏览部分的音视频数据,附加保存在加密文件头之后;
步骤101-1-5)调用序列加密算法对免费浏览部分后面的视频数据分段加密,附加保存在加密文件的免费浏览数据区之后,重复本步骤,直至完成整个音视频文件加密。
上述步骤102)进一步包含:
步骤102-1)终端分析需要播放的高码率音视频文件,免费浏览开头部分并查找KEY-ID,基于找到的KEY-ID查找终端本地许可库中是否已有该KEY-ID信息,如果没有该KEY-ID信息,则向头端申请该音视频文件的播放许可证文件;否则,进入下一步骤;
步骤102-2)检查许可库中的数字签名并检查终端是否篡改时钟,如果发现终端时钟被修改至早于许可库中记录的系统最后使用时间,则退出;否则,进入下一步骤;
步骤102-3)检查播放权利行使的时间和次数条件,若失效则在许可库内标记为失效,转许可证申请/入库流程,若许可证有效则继续解密解码播放过程;
步骤102-4)提取高码率音视频内容密钥,调用解密功能分块解密文件,调用相应播放程序播放高码率音视频内容;
其中,终端在播放音视频文件过程中,随机地间隔不定时间的将终端当前时间、特定内容文件的已播次数信息记录至终端本地许可库中,并通过数字签名确保该时间和播放次数记录不被篡改和单调递增。
为了实现上述方法,本发明提供了一种适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,所述系统包含:
头端用于高码率音视频文件加密及生成许可证文件的模块,该模块进一步包含:
音视频文件加密子模块,用于采用序列加密算法加密高码率音视频内容;
许可证文件生成子模块,用于根据密钥库信息生成许可证文件;
终端进行认证和解密的模块,该模块通过检查设定的许可证库中数字签名以及终端使用音视频文件的时间和次数条件,确保仅对许可证有效的音视频文件进行解密播放。
上述头端还包含数字签名子模块,用于为许可证文件设定数字签名,具体为对许可证文件各个字段内容进行HASH摘要运算,对摘要运算结果采用预设的非对称密钥中的私钥加密得到许可文件的数字签名。
上述许可证文件生成子模块进一步包含:
密钥匹配查询子模块,用于匹配终端发送的许可证申请文件和头端存储的密钥库文件,即根据许可证申请文件中包含的KEY-ID找到密钥库文件内用于内容加密的KEY;和
内容密钥加密封装子模块,用于生成用户终端ID列表、允许播放的起止时间和允许播放的次数及数字签名,采用系统非对称密钥、对称传输密钥和基于终端特征标识生成的密钥对内容密钥进行组合加密,将组合加密的内容填充至许可证文件的内容密钥封装字段。
上述音视频文件加密子模块进一步包含:
信息获取子模块,用于选定高码率音视频文件,获得高码率音视频文件的播放时长或码率;
设定子模块,用于设定免费浏览的开始部分长度即高码率音视频文件开头不加密的部分长度;
随机密钥生成子模块,采用随机密钥生成策略生成至少16BYTE长度随机密钥,用于加密高码率音视频文件,随机密钥保存到密钥库文件中;和
序列加密子模块,调用序列加密算法对高码率音视频文件内容分段加密,并在加密的音视频文件的头部增加加密文件头描述,完成高码率音视频文件加密。
上述终端进行认证和解密的模块进一步包含如下子模块:
音视频文件预览和分析子模块,用于分析需要播放的高码率音视频文件,免费浏览开头部分并查找KEY-ID,基于找到的KEY-ID查找本地许可库中是否已有该KEY-ID信息,如果没有该KEY-ID信息,则向头端发送许可证申请文件,将收到的许可证文件导入许可库,重新选择想要播放的音视频文件;如果有该KEY-ID信息,驱动终端时间认证子模块;
终端时间认证子模块,检查许可库中的数字签名并检查终端是否篡改时钟,如果发现终端当前时间早于许可库中记录的终端最后使用时间,则终止音视频文件的播放;否则,驱动终端进一步进行许可条件认证子模块;
许可条件认证子模块,用于检查权限行使的时间和次数条件,若时间有效期已过或允许播放次数已用完则在许可库内标记为失效,转许可证申请/入库流程,若许可证时间和次数条件依然有效则启动解密播放子模块;
解密播放子模块,用于提取高码率音视频内容密钥,调用解密功能解密音视频文件,调用相应播放程序播放高码率音视频内容。
本发明的方法和系统方案的特点主要包括两方面:1)高码率AV内容高效加密处理,采用随机生成的16BYTE以上长度的字节串作为种子密钥生成2048BYTE以上长度序列,长序列与指定AV内容数据块快速XOR运算生成加密的AV内容;终端成功获取密钥后进行同样运算过程快速解密AV内容数据块;2)对于终端许可授权方面:用于加密AV内容的种子密钥将通过头端系统设定的非对称加密密钥、对称加密传输密钥和基于用户终端特征信息生成的个性化密钥进行组合加密:即以个性化密钥和对称传输密钥进行对称加密运算,对称加密结果再用系统预设非对称密钥进行加密,形成内容密钥的加密封装,包含在许可证书文件中提供给特定终端。终端需通过认证才能进行解密解码播放,终端认证包括终端特征信息必须与许可文件指定终端一致和终端权利行使记录必须完整未篡改且在行使权利的有效时间和次数范围内。头端和终端及加密内容文件通过统一的HASH算法得到KEY-ID来标识所用的种子密钥。
与现有技术相比,本发明的技术优势在于:
1)采用序列密钥算法对内容进行加密解密,便于支持高码率音视频内容,即使没有硬件解密能力的终端也能采用;
2)序列密钥以终端个性密钥、对称传输密钥和数字版权保护系统的非对称密钥组合加密,保证了加密内容所用的序列密钥的安全性;
3)终端许可库对使用状态进行记录签名和使用时间次数检查认证,保证了终端系统时间和已使用次数记录的单调增加,防止恶意篡改终端系统时间和使用次数记录来达到无限制地播放音视频文件内容的目的。
附图说明
图1为本发明的头端处理流程的音视频文件加密过程流程图;
图2为本发明的头端处理流程的许可证文件生成过程流程图;
图3为本发明的终端认证和解密解码播放的流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明。
本发明的方法和系统方案包含头端处理流程和终端处理流程。头端处理流程主要包括AV文件加密流程和许可证生成流程。终端处理主要流程包括:许可证认证和解密解码播放流程,还包括许可证申请流程和许可证本地认证入库流程。
一)头端处理流程分别描述如下:头端处理包括内容加密和许可证生成过程。内容加密过程完成随机密钥生成、加密内容的文件头生成、采用序列加密算法加密音视频内容等功能。加密内容的文件头信息包含对内容密钥进行HASH摘要生成的密钥标识KEY-ID、内容开始加密位置等信息;许可证文件包括内容密钥标识KEY-ID、加密后的内容密钥EY-CRYPT-VALUE、终端用户权利及行使权利的限制条件(如被许可的终端标识DEVICE-ID、有效时间段和/或有效次数组合)及上述信息的数字签名等内容。
1-1)音视频文件加密流程如图1所示,过程如下:选择需要加密处理的音视频文件,获得文件播放时长和码率信息;设置免费浏览片头长度,跳过相应长度音视频数据不加密;随机生成至少16byte长度密钥,保存更新密钥库文件;生成加密文件头描述,包含密钥对应的KEY-ID,免费浏览部分的字节长度,将文件头和免费浏览部分的音视频数据写入加密的音视频文件;采用序列加密算法(如RC4)对免费浏览部分后面的音视频数据逐段加密,并写入保存到加密的音视频文件中。总之,内容加密采用序列密钥算法,序列密钥长度至少16BYTE,加密文件头信息包括密钥标识KEY-ID、音视频内容开始加密位置指示信息,通过开始加密位置指示信息支持免费预览开头部分的音视频功能。所述KEY-ID系根据KEY的内容进行HASH摘要运算产生,KEY-CRYPTED-VALUE根据头端系统设定的非对称密钥、对称密钥和终端特征标识DEVICE-ID进行多重组合加密产生,终端特征标识根据用户设备标识特征信息组合进行HASH摘要运算产生。
1-2)许可证文件生成如图2所示。选择许可证申请文件和密钥库文件;分析许可证申请文件,根据申请KEY-ID匹配找到密钥库文件内用于内容加密的密钥;生成用户终端ID列表、权利描述、内容密钥的加密封装及数字签名,其中内容密钥采用系统非对称密钥、对称传输密钥和终端DEVICE-ID生成的个性化密钥对内容密钥进行组合加密,组合加密过程采用DEVICE-ID作初始向量,传输密钥作对称加密,再用系统非对称密钥作非对称加密处理得到内容密钥的加密结果,填充到许可证文件的内容密钥封装字段;权利描述包括允许播放时间和播放次数;上述信息输出保存到文件中,即得到许可证文件。
二)终端处理包含许可证申请、许可证入库管理、终端认证和数字内容解密恢复等功能过程。终端认证包括检查终端的特征信息组合是否与认证文件指定的终端信息是否匹配、用户终端行使权利的时间和次数记录是否完整未篡改、终端是否处于行使权利的有效时间和次数范围内;上述任何一项不符合即阻止权利行使。终端认证通过对比终端运行时间记录和终端当前时间确保终端无法通过恶意调整时间欺骗认证机制而获得无限许可。
许可证文件检查认证流程和解密解码播放流程如图3所示。分析需要播放的AV文件,免费浏览开头部分,找KEY-ID;基于KEY-ID,查找终端本地许可库内是否已有该KEY-ID对应的许可证;如没有,则向头端申请许可证文件,并将收到的许可证入库;如有,则检查许可库数字签名和终端时间合法性,如发现许可库内容被非法篡改(即数字签名检查不通过)或终端时钟修改成早于许可库内记录的终端最后使用时间,则退出检查认证和解密播放流程;如许可库和终端时间通过认证,则继续权限使用时间和次数条件,失效即在库内标记为失效,转许可证申请/入库流程,如许可证有效则继续下面的解密解码播放过程;提取AV内容密钥,调用解密功能分块解密文件数据,调用相应解码播放程序播放AV内容。
终端许可证申请流程步骤如下:
许可证申请流程:
1.提示终端用户申请许可证;
2.调用终端特征信息提取接口获取终端特征信息,基于终端CPU-ID、SERIALID、MAC-ID等3种以上ID信息进行HASH摘要(如MD5)运算,得到DEVICE-ID;
3.获取需要申请许可的AV内容文件的KEY-ID信息(从AV文件头或头端内容描述中获取);
4.提示用户选择/输入权限要求信息(如次数、起止日期);
5.生成包含上述信息字段的许可证申请文件,通过EMAIL或HTTP/FTP提交申请。
终端许可证认证入库管理流程如下:
1.通过EMAIL/HTTP/FTP传输获得许可证信息,
2.对待入库许可证进行认证检查,入库前的认证检查包括:
许可证的签名检查,保证许可证未被篡改、本地许可证库入库和使用记录的数字签名检查保证其未被篡改、终端DEVICE-ID与许可证中指定的DEVICE-ID必须匹配;
3.全部检查通过后,在终端本地许可库内增加相应许可证条目和使用记录,完成许可证信息入库;
4.更新和签名本地许可证库。
综上所述,本发明公开一种适用于高码率数字音视频(AV)内容的数字版权保护方法和系统。所述方法和系统包括头端和终端部分,头端功能主要包括对内容加密和生成发放许可证,终端主要功能包括认证检查许可证和解密播放AV文件内容。内容加密采用序列加密,密钥至少16BYTE长度,加密时指定片头部分免费浏览长度。许可管理通过许可证指定允许播放AV内容的终端标识、允许播放的起止时间和次数来限定许可证对应的特定终端播放有效期和次数。内容密钥采用非对称密钥和对称密钥并绑定终端特征信息进行组合加密处理通过许可证分发给终端,恢复解密时终端特征需与许可证中指定的特定终端匹配并且处于有效时间和有效次数范围内才能完成。即,本发明提供一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,该方法的实施系统包含头端处理和终端处理:头端完成随机密钥生成、加密文件头生成、AV内容进行序列加密和许可证生成;终端处理完成许可证申请、许可证入库管理、终端认证、AV内容解密恢复等功能。具体方法为:1)采用HASH摘要生成内容密钥标识和终端特征标识;2)采用非对称加密与对称加密算法并绑定终端特征标识对内容密钥进行组合加密;3)采用序列加密算法加密音视频内容;4)通过对比受保护的终端正常运行记录和终端当前时间确保终端正常运行的时间记录单调递增,防止恶意调整终端时间绕过权利许可的有效时间限制。
最后所应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,都不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (10)
1.一种适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,所述方法包含:
步骤101)头端进行高码率音视频文件加密和生成许可证文件的步骤,该步骤进一步包含:
步骤101-1)采用序列加密算法加密高码率音视频内容,其中,加密内容的序列密钥用随机方法生成,称为内容密钥,该内容密钥将采用非对称密钥和对称密钥并绑定终端特征信息组合加密,通过许可证分发至终端;
步骤101-2)用于根据内容密钥信息生成发放许可证文件的步骤,所述的发放许可证文件用于限定:允许播放的音视频内容的终端标识、允许播放该音视频内容的起止时间和次数;
步骤102)终端进行认证和解密的步骤,当恢复解密时需满足如下条件终端才能播放音视频文件:终端特征与发送许可证中指定的特定终端匹配,待播放的音视频文件处于许可证规定的允许时间和次数范围内。
2.根据权利要求1所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,其特征在于,所述的步骤101-2)之后还包含:为得到的许可证文件进行数字签名的步骤,该步骤具体为对得到的许可证文件的终端ID、内容密钥的加密封装、允许播放的起止时间和次数字段内容进行HASH摘要运算,对摘要运算结果采用非对称加密得到许可证文件的数字签名,附加在许可证文件的末尾。
3.根据权利要求1或2所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,其特征在于,所述步骤101-1)进一步包含:
步骤101-1-1)选定高码率音视频文件,获得高码率音视频文件的播放时长或码率;
步骤101-1-2)设定免费浏览的开始部分长度即高码率音视频文件开头不加密的部分长度;
步骤101-1-3)采用随机密钥生成策略生成至少16字节长度随机密钥,并保存到密钥库文件中;
步骤101-1-4)生成描述加密音视频文件的头信息,写入加密文件头部,复制免费浏览部分的音视频数据,附加保存在加密文件头之后;
步骤101-1-5)调用序列加密算法对免费浏览部分后面的视频数据分段加密,附加保存在加密文件的免费浏览数据区之后,重复本步骤,直至完成整个音视频文件加密。
4.根据权利要求3所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,其特征在于,所述步骤101-2)进一步包含:
步骤101-2-1)头端根据终端提交的许可证申请文件中包含的KEY-ID匹配找到密钥库文件内用于内容加密的KEY;
步骤101-2-2)头端生成许可证文件的各个字段,所述许可证文件包含下列字段:用户终端ID列表、内容密钥KEY的组合加密封装、允许播放的时间和次数及数字签名,其中,内容密钥KEY的组合加密封装采用预设的非对称密钥、对称传输密钥和基于终端特征标识信息生成的密钥对内容密钥进行组合加密,将组合加密的内容填充至许可证申请文件的内容密钥封装字段。
5.根据权利要求4所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护方法,其特征在于,所述步骤102)进一步包含:
步骤102-1)终端分析需要播放的高码率音视频文件,免费浏览开头部分并查找KEY-ID,基于找到的KEY-ID查找终端本地许可库中是否已有该KEY-ID信息,如果没有该KEY-ID信息,则向头端申请该音视频文件的播放许可证文件;否则,进入下一步骤;
步骤102-2)检查许可库中的数字签名并检查终端是否篡改时钟,如果发现终端时钟被修改至早于许可库中记录的系统最后使用时间,则退出;否则,进入下一步骤;
步骤102-3)检查播放权利行使的时间和次数条件,若失效则在许可库内标记为失效,转许可证申请/入库流程,若许可证有效则继续解密解码播放过程;
步骤102-4)提取高码率音视频内容密钥,调用解密功能分块解密文件,调用相应播放程序播放高码率音视频内容;
其中,终端运行过程中,不定时间将终端当前时间、特定内容文件的已播次数信息记录至终端本地许可库中,并通过数字签名确保该时间和播放次数记录不被篡改和单调递增。
6.一种适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,所述系统包含:
头端用于高码率音视频文件加密及生成许可证文件的模块,该模块进一步包含:
音视频文件加密子模块,用于采用序列加密算法加密高码率音视频内容;
许可证文件生成子模块,用于根据密钥库信息生成许可证文件;
终端进行认证和解密的模块,该模块通过检查许可证库的数字签名以及终端使用音视频文件的时间和次数条件,确保仅对许可证有效的音视频文件进行解密播放。
7.根据权利要求6所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,其特征在于,头端还包含数字签名子模块,用于为许可证文件设定数字签名,具体为对许可证文件各个字段内容进行HASH摘要运算,对摘要运算结果采用预设的非对称密钥中的私钥加密得到许可文件的数字签名。
8.根据权利要求6所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,其特征在于,所述许可证文件生成子模块进一步包含:
密钥匹配查询子模块,用于匹配终端发送的许可证申请文件和头端存储的密钥库文件,即根据许可证申请文件中包含的KEY-ID找到密钥库文件内用于内容加密的KEY;和
内容密钥加密封装子模块,采用系统非对称密钥、对称传输密钥和基于终端特征标识生成的密钥对内容密钥进行组合加密,将组合加密的内容填充至许可证文件的内容密钥封装字段。
9.根据权利要求6所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,其特征在于,所述音视频文件加密子模块进一步包含:
信息获取子模块,用于选定高码率音视频文件,获得高码率音视频文件的播放时长或码率;
设定子模块,用于设定免费浏览的开始部分长度即高码率音视频文件开头不加密的部分长度;
随机密钥生成子模块,采用随机密钥生成策略生成至少16BYTE长度随机密钥,用于加密高码率音视频文件,随机密钥保存到密钥库文件中;和
序列加密子模块,调用序列加密算法对高码率音视频文件内容分段加密,并在加密的音视频文件的头部增加加密文件头描述,完成高码率音视频文件加密。
10.根据权利要求6所述的适合高码率音视频内容的数字版权保护系统,其特征在于,所述终端进行认证和解密的模块进一步包含如下子模块:
音视频文件预览和分析子模块,用于分析需要播放的高码率音视频文件,免费浏览开头部分并查找KEY-ID,基于找到的KEY-ID查找本地许可库中是否已有该KEY-ID信息,如果没有该KEY-ID信息,则向头端发送许可证申请文件,将收到的许可证文件导入许可库,重新选择想要播放的音视频文件;如果有该KEY-ID信息,驱动终端时间认证子模块;
终端时间认证子模块,检查许可库中的数字签名并检查终端是否篡改时钟,如果发现终端当前时间早于许可库中记录的终端最后使用时间,则终止音视频文件的播放;否则,驱动终端进一步进行许可条件认证子模块;
许可条件认证子模块,用于检查权限行使的时间和次数条件,若时间有效期已过或允许播放次数已用完则在许可库内标记为失效,转许可证申请/入库流程,若许可证时间和次数条件依然有效则启动解密播放子模块;
解密播放子模块,用于提取高码率音视频内容密钥,调用解密功能解密音视频文件,调用相应播放程序播放高码率音视频内容。
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