CN1635469A - 一种数字媒体发布及播放的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及信号处理和数字安全领域，特别涉及结合数字水印技术和加密技术的数字图像处理方法。包括三个主要步骤：1)媒体作品的发布；2)合法用户的授权与媒体文件的加密；3)数字媒体文件的播放过程。本方法对数字媒体文件的格式信息进行改写，使得媒体文件无法被媒体播放软件识别；本方法为合法消费者提供可以识别媒体文件格式的播放插件，此插件是与消费者的身份信息和其所使用计算机的硬件信息相绑定的，所以只有特定消费者才能播放数字媒体文件，这种媒体播放机制将从根本上杜绝数字媒体文件的非法复制和传播。

Description

一种数字媒体发布及播放的保护方法

技术领域

本发明涉及信号处理和数字安全领域，特别涉及结合数字水印技术和加密技术的数字图像处理方法。

背景技术

近年来，网络建设达到了空前的发展速度，联网范围越来越广，网络带宽越来越大，用户上网时间也越来越长。网络已经深入人心，越来越影响到人们的日常生活。工作、学习和娱乐都将和网络紧密结合。专家预测，互联网的带宽在五年之内将达到1Gbps，而且人们使用网络的情况将会像计算机需要电源或电池才能工作一样，网络将无处不在，无时不通。网上图书馆、网络课堂、网络影剧院以及网络音乐厅等等服务的普遍出现使得人们足不出户就能享受到网络给工作、学习及娱乐带来的便利和满足。如图1所示，一些电影创作者和音乐创作者在发布自己作品的时候，除了可以采用传统的发布模式，也可以选择更加方便快捷的网络进行作品发布。同时，数字照相机和数字摄像机也会越来越普及，最终将会接近手机的普及程度。人们可以将自己拍摄的图片和媒体发布到网络上，一方面可以让更多的人欣赏到自己的作品，另一方面也可以作为内容提供者获得经济利益。

由于数字媒体在网络环境中很容易被非法复制和传播，所以对数字媒体的保护是至关重要的。数字媒体的发布和传播使用主要涉及三个方面，它们是：

1、版权所有者：数字媒体的作者将拥有其作品的版权，同时对该作品负有法律责任。版权所有者必须保证自己的作品符合国家法律和法规的相关规定。

2、媒体发布网站：进行数字媒体文件的发布和宣传，同时对媒体文件进行加密保护。

3、消费者：他们通过缴纳使用费用或通过其他授权方式拥有媒体文件的使用权。

首先，我们必须保证版权所有者的权利。通过对合法消费者授权，确保版权所有者的作品在发布的时候只有合法用户才能浏览或下载使用。其次，我们还必须保护消费者的权益，通过对数字媒体嵌入数字水印并结合加密措施以保证非法用户无法对数字媒体进行浏览或使用。

在对数字媒体进行加密保护的时候，数字水印技术是保证数字媒体安全的必不可少的支撑技术。所谓数字水印就是向多媒体数据(如图像、音频、视频等数字信号)中添加某些信息以达到著作权声明、许可使用条件等知识产权的保护。从应用的角度看，数字水印可分为两大类：鲁棒性水印和脆弱性水印。鲁棒性水印可以用于确认内容创建者、购买者。脆弱性水印可用于多媒体真伪鉴别，即当多媒体内容受到怀疑时，对其进行验证，并指出篡改位置，甚至攻击类型等。

发明内容

本发明的目的是提供一种切实有效的多媒体数据版权保护的方法。本方法通过在数字媒体文件的格式说明部分和媒体数据部分同时嵌入数字水印以防止文件的拷贝使用，既保证了版权所有者的利益，又保护了消费者的合法利益。方法总图如图5所示。

本发明的技术要点主要体现在以下几个方面：

1、媒体作品的发布：版权所有者通过发布网站发布作品。发布网站负责对数字媒体作品进行宣传。并且保证只有通过授权的合法用户才可以下载。发布网站会将版权所有者和自己的标识信息通过鲁棒式数字水印的方式嵌入到媒体文件中。

2、合法用户的授权：当用户发现感兴趣的媒体作品后，可以申请下载。用户可以通过多种电子交易方式进行付费，例如信用卡、银行卡、手机付费等等，也可以采用会员制。如图3所示，交易成功之后，消费者的特定信息将被嵌入到媒体文件中，同时，媒体文件的格式信息将被改写，使得媒体文件变成一种无法被任何软件识别的格式。然后，在整个媒体文件中嵌入脆弱性数字水印，并且添加文件自校验代码，保证媒体文件的完整性。此时，该媒体文件只能被这个付费用户下载使用。其他用户即便可以通过非法手段得到这个文件，但是由于文件格式无法被识别，他们也无法使用此文件。

3、媒体文件的使用：消费者在第一次播放媒体文件的时候，系统会要求用户确认购买时的身份信息，如图4所示，在身份确认之后，与媒体文件捆绑在一起的播放插件将被激活。这个插件具有四个功能：

(1)将消费者所使用计算机的硬件信息集成到播放插件中，也就是将播放插件与消费者当前的计算机硬件系统绑定。

(2)检测媒体文件中的脆弱数字水印信息，如果发现媒体文件被改动过则拒绝播放。

(3)动态解密媒体文件的格式信息，使得媒体播放软件可以识别媒体文件的格式。

(4)根据版权所有者的要求可以提供多功能扩展。如果版权所有者要求消费者每使用一次媒体文件就要付一次费用，那么插件可以设计成即便在同一台计算机上，每次播放同一个媒体文件时也要去发布网站重新提交购买申请。

本发明提出了一种有效的防止多媒体文件的非法拷贝与传播新方法。与现有的许多方法所不同的是，本方法除了考虑到在媒体文件下载的时候对消费者的身份进行验证，而且在媒体文件中也嵌入了版权所有者、发布网站以及消费者的信息，充分保障了版权所有者和消费者的利益。本方法的优点具体体现在以下几个方面：

1、对数字媒体文件进行版权保护：通过在媒体文件中加入数字水印，将版权所有者的信息嵌入到媒体文件中，使媒体文件不可否认的同其作者紧密结合起来，起到了版权保护的作用。

2、媒体文件的保密性：传统的文件加密措施的局限在于加密过的文件一旦被解密，就失去了保护作用，这对版权所有者和消费者来说都是很大的损失。在本发明中，媒体文件的解密过程是动态的，解密的行为发生在播放插件将媒体文件中的数据读取后送到内存中的时候。解密后的数据不会以任何形式保存在硬盘上，而媒体文件则自始至终都是加密的文件。此外，由于在媒体文件的媒体数据部分嵌入了数字水印，并且将媒体文件的格式信息进行了修改和隐藏，所以破坏者无法得知媒体文件的格式，从而无法进行破解。而且，由于采用的数字水印算法以及算法所使用的密钥都是保密的，所以破坏者也无法将媒体数据提取出来。

3、采用双重保护措施防止文件的修改：媒体文件通过嵌入脆弱性数字水印和添加自校验代码这两种不同的机制保证文件的完整性，

4、防止拷贝传播：由于播放媒体文件需要使用专用的播放插件，所以非法用户即便得到了此媒体文件的拷贝也无法播放。如果非法用户同时也得到了播放插件，由于播放插件是同合法用户的计算机硬件信息绑定的，所以非法用户仍然不能播放媒体文件。这种防拷贝的方法可以非常有效的从根本上杜绝媒体文件的非法拷贝和传播，充分保证了版权所有者和消费者的合法权益。考虑另外一种情况，如果消费者想在另外一台计算机上面播放该媒体文件，那么他只需要在播放时通过发布网站重新确认一下自己的身份信息，系统会自动下载一个新的播放插件，这个插件将会和他现在所使用的计算机硬件进行绑定

5、防止用户抵赖：我们还考虑到另一种非法传播的手段，那就是非法转录。例如，合法消费者正常的播放媒体文件，然后使用摄像机将计算机屏幕上的内容转录成另一文件。由于消费者通过验证之后下载到的媒体文件中嵌入了消费者自身的信息，所以如果消费者将媒体文件非法转录并传播的话，那么他不可能抵赖他的非法行为，因为转录后的媒体数据中仍然含有消费者自身信息的水印，通过验证水印信息，就可以找到侵权者。

6、可扩展性：以上我们讨论的使用方式是用户交一次费，便可以反复播放媒体文件。如果版权所有者要求消费者每使用一次媒体文件就要付一次费的话，那么可以将插件设计成让用户每次使用媒体文件时都要重新进行付费才可以使用。另一种方法是将插件设计成使用一次以后就会失效，消费者如果想播放媒体文件就必须下载新的插件，这样也可以达到同样的计费目的。

7、操作简单方便：为了防止媒体文件的非法拷贝，有些方法要求用户购买专用的播放设备，有些方法提供特殊的媒体文件播放器。这些方式或者造成用户额外的经济负担，或者使得用户为了播放媒体文件而不得不改变自己的播放习惯去安装一种新的播放软件，使得用户自己所偏爱的播放软件不能使用。这些方法会使得用户不易接受。我们的方法采用的是提供播放插件，用户在下载了播放插件之后，可以使用任何自己喜欢的播放软件，这种插件机制类似于一些媒体文件的编码插件(例如DivX编码等)和电影文件的字幕插件(例如VobSub等插件)，所以此方法更易被广大用户接受。

综上所述，这种新型的数字媒体保护方法和发布及播放机制可以充分有效的保证版权所有者和消费者的权益，拥有广阔的应用前景。

附图说明：

图1数字媒体产品发布和传播图，

图2发布数字媒体文件并改写文件格式图，

图3对数字媒体文件进行加密图，

图4数字媒体文件的播放过程图，

图5数字媒体发布及播放的保护方法总图。

具体实施方式：

本方法的实施主要由以下三个部分组成：

1、媒体作品的发布。

版权所有者如果将没有经过保护的数字媒体作品直接发布到网络上，那么这个媒体作品将被非法复制和传播，版权所有者的利益将受到侵害。发布网站在发布数字媒体作品的时候会对媒体文件进行加密处理，从而保护了版权所有者的合法权利。

发布网站会负责数字媒体作品的宣传。只有通过授权的合法用户才可以下载使用。将数字媒体文件表示为Media-0，将发布网站表示为B，将发布网站的标识信息表示为Web-B。如图2所示，发布网站将对数字媒体文件进行如下操作：

S2-1    利用嵌入鲁棒性数字水印的方式，在媒体文件Media-0中嵌入版权所有者的标识信息，

S2-2    利用嵌入鲁棒性数字水印的方式，在媒体文件Media-0中添加发布网站的标识信息Web-B，

S2-3    此时的媒体文件表示为Media-Wb，

S2-4    改写Media-Wb的文件格式信息，使它变成一种无法被任何软件识别的格式，

S2-5    生成适用于Media-Wb的媒体播放插件Plug-in-0。

2、合法用户的授权与媒体文件的加密。

当用户发现感兴趣的媒体作品后，可以申请下载。消费者可以通过多种电子交易方式进行付费，例如信用卡、银行卡、手机付费等等，也可以采用会员制。将消费者记为A，将消费者的身份信息记为User-A。

如图3所示，用户授权和媒体文件加密步骤如下：

S3-1    用户A申请下载网站B上的数字媒体文件Media-Wb，

S3-2    用户A与发布网站B进行电子交易，

S3-3    如果交易成功则转到S3-4，否则转到S3-12，

S3-4    将消费者A的身份信息User-A通过鲁棒性数字水印的方式嵌入到媒体文件Media-Wb中，

S3-5    此时，Media-Wb中包含了消费者的信息，表示为Media-UaWb，

S3-6    在整个媒体文件Media-UaWb中嵌入脆弱性数字水印，

S3-7    在媒体文件Media-UaWb中添加文件自校验代码，保证媒体文件的完整性，

S3-8    在媒体文件播放插件Plug-in-0中嵌入消费者的身份信息User-A，

S3-9    此时播放插件Plug-in-0表示为Plug-in-A，

S3-10   在Plug-in-A中添加自校验代码以保证完整性，

S3-11   允许用户A下载媒体文件Media-UaWb并转到S3-13，

S3-12   告知用户交易失败，

S3-13   整个过程结束。

此时，媒体文件Media-UaWb只能被这个付费用户A下载使用。其他用户即便可以通过非法手段得到这个文件，但是由于文件格式无法被识别，他们也无法使用此文件。

3、数字媒体文件的播放过程。

消费者A在播放媒体文件Media-UaWb的时候，如图4所示，整个过程如下：

S4-1    消费者A播放媒体文件Media-UaWb，

S4-2    Media-UaWb会根据文件的自校验代码进行自检，

S4-3    如果媒体文件没有被破坏则转到S4-4，否则转到S4-11，

S4-4    Media-UaWb中的User-A信息请求对使用者进行身份确认，

S4-5    如果身份确认成功则转到S4-6，否则转到S4-11，

S4-6    Media-UaWb中捆绑的媒体文件播放插件Plug-in-A被激活，

S4-7    Plug-in-A将消费者所使用计算机的硬件信息(例如主板BIOS的序列号和版本号、硬盘的序列号、网卡的物理地址、CPU的序列号等等)集成到播放插件中，也就是将播放插件与消费者当前的计算机硬件系统绑定，

S4-8    Plug-in-A进行重新封装并重新生成自校验代码。一个播放插件只能在一台计算机上运行，如果消费者更换了其他计算机，那么在播放媒体文件的时候需要重新下载插件并进行新的硬件绑定，

S4-9    动态解密媒体文件Media-UaWb的格式信息。播放插件从媒体数据文件中读取数据并恢复原有的格式信息，使媒体播放软件(例如Microsoft公司的Media Player，Apple公司的QuickTime Player，RealNetworks公司的RealOne Player等等)可以识别并播放媒体文件数据，

S4-10   根据媒体文件的格式调用相应的播放软件播放Media-UaWb并转到S4-12，

S4-11   告知用户任务失败，

S4-12   整个过程结束。

此外，根据版权所有者的要求可以提供多功能扩展。如果版权所有者要求消费者每使用一次媒体文件就要付一次费用，那么插件可以设计成即便在同一台计算机上，每次播放同一个媒体文件时也要去发布网站重新提交购买申请。

本方法的总体框架如图5所示，具体步骤如下：

    S5-1  版权所有者将媒体文件提供给发布网站，

    S5-2  发布网站对媒体文件进行加密处理并隐藏文件格式信息，

    S5-3  发布网站根据媒体文件的格式生成相应的播放插件，

    S5-4  消费者申请下载媒体文件并交纳使用费用，

    S5-5  如果交易成功则转到S5-6，否则转到S5-11，

    S5-6  消费者下载媒体文件和播放插件并开始播放媒体文件，

    S5-7  播放插件对媒体文件进行完整性检查，

    S5-8  如果文件没有被改动则转到S5-9，否则转到S5-11，

    S5-9  播放插件将媒体文件与消费者使用的计算机进行绑定，

    S5-10 播放插件动态解密媒体文件的格式信息并调用相应播放器

          进行播放，

    S5-11 整个过程结束。

Claims (10)

1、一种基于数字水印和提供播放插件的数字媒体保护方法和发布、播放机制，其特征在于利用鲁棒性数字水印对数字媒体作品进行版权保护和消费者权益的保护；利用嵌入脆弱性数字水印和添加自校验代码的方法对数字媒体文件进行完整性保护；通过更改和隐藏数字媒体文件的格式信息使得媒体文件无法被识别和使用；对合法消费者提供与消费者使用的计算机硬件相绑定的媒体文件播放插件；播放插件将动态解密媒体文件，所以媒体文件在消费者的计算机中自始至终以加密的形式保存着，解密后的数据不会以任何形式保存在硬盘上。

2、根据权利要求1所述的基于数字水印和提供播放插件的数字媒体保护方法和发布、播放机制，其特征在于嵌入鲁棒性数字水印的过程中，在嵌入的信息中包括版权所有者的身份标识、发布网站标识和消费者身份信息的标识。

3、根据权利要求1所述的基于数字水印和提供播放插件的数字媒体保护方法和发布、播放机制，其特征还在于对数字媒体文件嵌入鲁棒性数字水印的过程分为两步：首先，发布网站发布媒体作品的时候嵌入发布网站和版权所有者的标识；其次，当消费者购买数字媒体作品的交易成功之后嵌入消费者的身份信息标识。

4、根据权利要求1所述的基于数字水印和提供播放插件的数字媒体保护方法和发布、播放机制，其特征还在于对合法消费者提供媒体文件播放插件，此插件中将嵌入消费者的身份标识，并且与消费者使用的计算机硬件相绑定。

5、根据权利要求1所述的基于数字水印和提供播放插件的数字媒体保护方法和发布、播放机制，其特征还在于播放插件将动态解密媒体文件，媒体文件的数据由播放插件负责读取，并且在读取的过程中进行解密，解密的数据直接发送到媒体文件播放软件，所以，数字媒体文件在消费者的计算机中自始至终以加密的形式保存着，解密后的数据不会以任何形式保存在硬盘上。

6、一种数字媒体发布及播放保护方法，包括三个主要步骤：

1)媒体作品的发布，

2)合法用户的授权与媒体文件的加密，

3)数字媒体文件的播放过程。

7、根据权利要求6的数字媒体发布及播放保护方法，其特征在于，媒体作品发布的步骤如下：

S2-1利用嵌入鲁棒性数字水印的方式，在媒体文件Media-0中嵌入版权所有者的标识信息，

S2-2利用嵌入鲁棒性数字水印的方式，在媒体文件Media-0中添加发布网站的标识信息Web-B，

S2-3此时的媒体文件表示为Media-Wb，

S2-4改写Media-Wb的文件格式信息，使它变成一种无法被任何软件识别的格式，

S2-5生成适用于Media-Wb的媒体播放插件Plug-in-0。

8、根据权利要求6的数字媒体发布及播放保护方法，其特征在于，合法用户的授权与媒体文件的加密的步骤如下：

S3-1用户A申请下载网站B上的数字媒体文件Media-Wb，

S3-2用户A与发布网站B进行电子交易，

S3-3如果交易成功则转到S3-4，否则转到S3-12，

S3-4将消费者A的身份信息User-A通过鲁棒性数字水印的方式嵌入到媒体文件Media-Wb中，

S3-5此时，Media-Wb中包含了消费者的信息，表示为Media-UaWb，

S3-6在整个媒体文件Media-UaWb中嵌入脆弱性数字水印，

S3-7在媒体文件Media-UaWb中添加文件自校验代码，保证媒体文件的完整性，

S3-8在媒体文件播放插件Plug-in-0中嵌入消费者的身份信息User-A，

S3-9此时播放插件Plug-in-0表示为Plug-in-A，

S3-10在Plug-in-A中添加自校验代码以保证完整性，

S3-11允许用户A下载媒体文件Media-UaWb并转到S3-13，

S3-12告知用户交易失败，

S3-13整个过程结束。

9、根据权利要求6的数字媒体发布及播放保护方法，其特征在于，数字媒体文件的播放过程的步骤如下：

S4-1消费者A播放媒体文件Media-UaWb，

S4-2Media-UaWb会根据文件的自校验代码进行自检，

S4-3如果媒体文件没有被破坏则转到S4-4，否则转到S4-11，

S4-4Media-UaWb中的User-A信息请求对使用者进行身份确认，

S4-5如果身份确认成功则转到S4-6，否则转到S4-11，

S4-6Media-UaWb中捆绑的媒体文件播放插件Plug-in-A被激活，

S4-7Plug-in-A将消费者所使用计算机的硬件信息集成到播放插件中，也就是将播放插件与消费者当前的计算机硬件系统绑定，

S4-8Plug-in-A进行重新封装并重新生成自校验代码，一个播放插件只能在一台计算机上运行，如果消费者更换了其他计算机，那么在播放媒体文件的时候需要重新下载插件并进行新的硬件绑定，

S4-9动态解密媒体文件Media-UaWb的格式信息，播放插件从媒体数据文件中读取数据并恢复原有的格式信息，使媒体播放软件可以识别并播放媒体文件数据，

S4-10根据媒体文件的格式调用相应的播放软件播放Media-UaWb并转到S4-12，

S4-11告知用户任务失败，

S4-12整个过程结束。

10、一种数字媒体发布及播放保护方法，其步骤如下：

S5-1版权所有者将媒体文件提供给发布网站，

S5-2发布网站对媒体文件进行加密处理并隐藏文件格式信息，

S5-3发布网站根据媒体文件的格式生成相应的播放插件，

S5-4消费者申请下载媒体文件并交纳使用费用，

S5-5如果交易成功则转到S5-6，否则转到S5-11，

S5-6消费者下载媒体文件和播放插件并开始播放媒体文件，

S5-7播放插件对媒体文件进行完整性检查，

S5-8如果文件没有被改动则转到S5-9，否则转到S5-11，

S5-9播放插件将媒体文件与消费者使用的计算机进行绑定，

S5-10播放插件动态解密媒体文件的格式信息并调用相应播放器进行播放，

S5-11整个过程结束。

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