CN1801695A - 一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统及管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统及管理方法，包括服务端模块和客户端模块，所述服务端模块包括流媒体服务器模块、流媒体打包器模块和权限服务器模块三大部分，所述客户端模块主要包括可本地播放或远程播放的播放器模块，所述流媒体打包器模块通过数字水印和数据加密相结合的方式对流媒体文件进行封装打包。通过数字水印和数据加密相结合的方式，可实现数字版权的有效管理性。

Description

一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统及管理方法

                    技术领域

本发明属于数字家庭网络技术领域和数字版权管理技术领域，特别是涉及一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统及管理方法。

                    技术背景

数字版权管理(DRM)技术，是指数字化内容在生产、传播、销售、使用过程中知识产权保护与管理的技术工具，其具体的应用包括eBook、视频、音频、图片、安全文档等数字内容的保护，它通过在数字空间里不可伪造地认证用户，授予用户的权利范围、规范用户的行为方式来保障数字化信息的所有者和经营者的权利及利益，DRM的目标是运用技术手段抑制盗版，保护数字化内容的知识产权、保证数字化产品市场销售渠道的流通，保障作者、出版商、分销商的利益和用户的合法使用权利，从而求得各方利益的实现与平衡，促进数字家庭网络的繁荣。

第一代DRM技术主要致力于对数字化内容的安全性与加密技术的开发已达到用技术手段解决对数字化内容的未授权复制问题，第二代DRM技术则扩展到对数字版权的描述、认证、交易、保护、监控、跟踪以及版权持有者相互关系的管理上。从本质上讲，DRM要提供对数字内容的持久控制；从技术角度来讲，DRM使用了多种技术：包括数字水印、加密等；从历史来看，第一代DRM聚焦于锁定内容并限制分发，第二代DRM则覆盖了更广的范围，包括标志、交易、保护、监控和跟踪等。

DRM技术的工作原理是：首先建立数字节目授权管理中心(Rights Issuer)，编码已压缩的数字节目内容，然后利用密钥对内容进行加密保护，加密的数字节目头部存放着KeyID和节目授权中心的统一资源定位器(URL)。用户在点播时根据节目头部的KeyID和URL信息，通过数字节目授权中心的验证授权后，送出相关的密钥解密(Unlock)，节目方可播放。需要被保护的节目是被加密的，即使被用户下载保存并散播给他人，没有得到数字节目授权中心的验证授权也无法播放，从而严密地保护了节目的版权。

而数字家庭网络的出现为数字版权的内容保护提出下列新的要求：

(1)对两种设备间传输的内容进行保护；

(2)控制何种设备可以接受该内容，这种控制类型有两种尺度。有些设备类型可能被拒绝接受，例如，一个未经许可对一定类型的内容进行处理的设备应该拒绝接受该内容。第二个尺度指的是那些特定的设备，这种尺度的使用是基于内容发布者仅希望被观看的内容只能由一个家庭中的成员观看，那么内容只能传输到被确定为是这个家庭网络中的一员的设备里。

如果家庭网络里有存储发生，就会有如前所述的对设备间传递数字版权的要求。例如，一个家庭可以购买一部电影的租用权，这就是说在家庭内的任何设备都能在24小时的窗口里对内容进行重演，这也许会因为在家庭内部有多种存储设备而每个都需要对内容进行拷贝而变得更为复杂。

数字版权管理代理负责在家庭网络上对内容的分发进行管理。每一个家庭网络可能只有一个数字家庭网络版权管理代理。数字家庭网络版权管理代理的作用就是管理哪个设备被认为是家庭网络的一员，并控制这些设备在家庭网络内对内容的接入和重放。数字版权管理代理将使用一系列的规则来对哪些设备属于家庭网络进行认定。例如，一个家庭网络内只可以包括不超过3台设备，或设备间的距离在20米以内，这正是需要解决的问题。一旦数字版权管理代理判定了哪种设备为该家庭网络中的一员，他也就可以对这些设备如何使用和消费内容进行管理。

信息媒体的数字化为信息为信息的存储提供了极大的便利，同时也显著提高了信息表达的效率和准确度。计算机网络通讯技术以及移动通讯技术的蓬勃发展，使得数据的交换和和传输变成一个相对简单且快速迅捷的过程。

数字家居正成为全球的发展趋势，消费者期望能够更简单、廉价地在电脑、电视、立体声系统和其他设备上共享音乐、照片、视频，希望更便捷地控制家居设备和享受智能生活。与此同时，多种数字内容在网络中传播，由于它们很容易被复制、修改和二次传播，因此存在着大量的盗版和侵权问题。严重侵犯了原创者和提供商的知识产权，但传统的保护方式对此却无能为力，因此针对数字内容的版权保护越来越重要。尤其，在数字家庭网络中这些显得更为重要，但目前在这一领域的研究很少，急需研制适用于数字家庭网络的数字版权管理技术。

                    发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种具备较高的安全性、灵活性、以及可扩展性的适合流媒体的数字家庭版权保护的管理系统。

本发明的另一目的在于根据该管理系统，提出一种管理方法。

为了实现发明目的一，采用的技术方案为：

一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统，包括服务端模块和客户端模块，所述服务端模块包括流媒体服务器模块、流媒体打包器模块和权限服务器模块三大部分，所述客户端模块主要包括可本地播放或远程播放的播放器模块，所述流媒体打包器模块通过数字水印和数据加密相结合的方式对流媒体文件进行封装打包。

所述服务端模块，也称之为流媒体服务器，使用TCP协议接收播放器的链接请求，处理播放器发送的Play、Pause、Stop等请求；所述客户端模块，即主要为播放器实现对加密流媒体文件的本地和远程播放功能，从网络接收流媒体数据，并为用户提供Play、Pause、Stop等控制功能，在播放之前还需要进行本地或者远程的验证，以验证用户对于媒体文件的访问权限。本发明通过数字水印一方面可标识服务提供者所提供的流媒体的版权，另一方面也可以标识服务请求者，即用户的身份信息。流媒体打包器模块主要完成对流媒体文件进行版权水印的嵌入，加密，加密后的文件被存储在服务端模块上。

所述服务端模块和客户端模块通过RTP/RTCP协议进行通信。

所述权限服务器模块包括身份认证模块和权限表达模块两部分；其中身份认证模块采用两层结构，通过AuthAPI接口面向应用程序，通过AuthSPI接口调用具体的认证方式；而权限表达模块通过抽象基类CBaseLicence定义了具体权限表达语言需要实现的接口，通过CXrMLLicence和CODRLLicence作为CBaseLicence的子类实现具体的操作。

所述身份认证的方式包括：用户口令核对、智能卡、USB硬件标志和指纹识别。

为了实现发明目的二，采用的技术方案为：

一种用于数字家庭网络的数字版权管理方法，由服务端对客户端的合法认证请求进行注册登记管理，并将内容文件通过加密保护后传送至获得认证的合法的客户端，所述客户端通过认证请求过程所获得的解密机制使用该内容文件，所述服务端所传送的内容文件在加密之前还通过数字水印进行版权标识，所述客户端在将所收到的内容文件进行解密之后，也通过数字水印进行用户信息标识。

上述技术方案中，所述服务端传送的内容文件通过流媒体打包器模块进行版权标识和数据加密。

流媒体打包器模块在对内容文件进行版权标识后，还将该内容文件进行注册，并分配唯一的ID，再通过该ID与请求播放该内容文件的合法用户一一对应。

本发明具有如下特点：

(1)具备较高的安全性、灵活性、以及可扩展性，适合流媒体的数字家庭版权保护。

播放器实现对加密流媒体文件的本地和远程播放，本地播放比较简单，远程播放考虑了缓冲和网络丢包情况，比较复杂。本发明还考虑了DRM的透明性问题，播放器具备自动识别媒体文件是否受DRM保护的能力。播放器能够实现对流媒体的解密、解码和回放。使用时间戳的方法解决了视频、音频同步的问题。

(2)将数字水印技术引入数字家庭网络中，增强数字家庭网络DRM的管理功能。

数字水印在发送端将视频、音频产品的版权信息或系统管理信息嵌入到流媒体文件中，达到标识视频、音频作品版权的目的。数字水印又针对不同的数字家庭网络用户，将不同用户的标记嵌入到家庭网络接收到的多媒体码流中，实现信息追踪管理的目的。而且，本发明将数字水印的嵌入过程转移到客户端上完成，减轻了流媒体服务器的负担。

(3)将水印嵌入算法与视频编解码系统相结合。

利用视频编解码过程中产生的信息实现水印信息的嵌入调制，这类算法建立在对视频编解码系统深入了解的基础上，与一般的视频水印技术相比，这种视频水印技术对特定的视频编解码系统具有特定的依赖性，其优点在于可以更为精确地控制水印信息的调制，对编解码过程中码流变化等影响水印信息嵌入的因素进行及时分析，并可利用自适应机制进行反应。

                     附图说明

图1为本发明的系统框架图；

图2为本发明的流媒体打包器模块示意图；

图3为本发明的身份认证模型结构图；

图4为本发明的权限表达模块结构图；

图5为本发明的一个实施例示意图。

                   具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

本发明的系统框架图如附图1所示，包括流媒体服务器、licence服务器、打包模块，以及播放器，本发明对流媒体节目进行加密和打包，并由流媒体服务器进行发布，用户接受到节目后不能直接解码收看，必须由系统进行身份认证并得到解密密钥后才能正常收看流媒体节目，本发明能为在线或离线播放视频节目提供有效的版权保护。

流媒体服务器使用TCP协议接收播放器的链接请求，处理播放器发送的Play、Pause、Stop等请求，并用RTP/RTCP协议实时发送流媒体数据。

播放器实现对加密流媒体文件的本地和远程播放功能，采用RTP/RTCP协议，从网络接收流媒体数据，并为用户提供Play、Pause、Stop等控制功能，在播放之前还需要进行本地或者远程的验证，以验证用户对于媒体文件的访问权限。

打包模块主要完成对流媒体文件进行版权水印的嵌入，加密，加密后的文件被存储在流媒体服务器上。流媒体打包示意图如附图2所示，其主要完成功能如下：

(1)通过版权水印加载模块对流媒体文件进行水印的嵌入操作；

(2)通过特定的加密机制生成随机密钥，对流媒体文件进行加密，加密是基于帧的，因此不会破坏文件的系统信息，加密后的文件存入流媒体服务器中。

(3)为流媒体文件准备相应的元数据(metadata)文件，其中指定了用户的认证方法和文件的权限。

(4)将密钥和metadata文件中的信息存入Licence服务器中。

需要说明的是，本发明中的实时性的水印算法满足以下几个基本要求：首先，水印算法应该具有盲检性，低复杂性。这就意味着将压缩流媒体文件进行完全解码，然后将水印嵌入到原始视频，最后再将视频重新压缩的方法对实时应用来说是几乎不可能的。为了避免大的计算复杂度，水印应该在压缩域里进行嵌入和提取。其次，考虑到流媒体要在网络里进行传输，所以水印嵌入算法应该不能明显增加码流的码率，否则对于一些传输容量一定的信道来说，码流的增加将会导致很多问题。

Licence服务器负责用户的注册、验证用户的身份、根据用户的请求发放Licence，Licence服务器主要包括两个问题的设计：身份认证和权限表达。

身份认证模块的示意图如附图3所示，身份认证技术多种多样，有效利用这些技术的关键是提供一个灵活、可扩展的身份认证模型，因此选用了用户口令核对、智能卡、USB硬件标志和指纹识别四种认证方式，提出了灵活、可扩展的身份认证模型，应用程序不必关心具体认证技术的复杂性，因此能方便的采纳新的认证技术是设计的主要目标。为此，身份认证模块设计成一个两层的系统，系统向应用程序开放AuthAPI接口，应用程序调用AuthAPI时指定相应的策略，由认证核心层调用相应的认证服务提供者完成认证；认证服务层提供身份认证的细节，实施具体的认证过程。AuthAPI接口向上层应用提供一个统一的接口，隐藏了认证服务提供者的细节，AuthSPI接口是认证服务提供者需要实现的接口，认证核心层提供了“信使”服务：接收上层请求，调用特定的ASP，系统目前提供四种方式的认证：用户口令的核对、硬件(USB设备)唯一标志、智能卡和智能识别。这四个模块是相互独立的，并且进一步考虑DRM系统扩展性的需求，更详细地说是认证方式的扩展性的需求，随着认证技术的进一步发展，将会有更多新的认证技术会应用到这个模块上来，并且这些新引入的认证方式模块与之前已经存在的模块具有相对独立性，不需进行很多的修改便可以应用到DRM系统中来。

Licence服务器设计的另外一个主要问题是权限的表达。如附图4所示，现在业界使用的权限表达语言有两种：XrML和ODRL.很多具体某个行业使用的权限表达语言都是以这两种语言作为基础。DRM系统的设计目标是支持主流的权限表达语言，以基于XrML权限表达语言为示范，设计系统的权限表达模块。抽象基类CBaseLicence定义了具体权限表达语言需要实现的接口，CXrMLLicence和CODRLLicence作为CBaseLicence的子类实现具体的操作。

作为本发明的一个实施例，采用的结构如附图5所示，视频点播是数字家庭网络中一个不可缺少的部分，如何保证DRM系统提供数据的“安全性”，是一个主要考虑的问题，系统除了具有普通的功能，如完成用户信息的采集、管理，用户的访问控制，响应用户的点播请求，和用户计费以外，还应实现多媒体数据的版权保护、完整性认证和盗版追踪等功能。

和传统的加密方法不同，为了增强数字家庭网络DRM系统的功能，本发明提出将数字视频水印技术引入视频点播系统。首先，在发送端，利用水印加载模块对压缩域里视频媒体进行版权标识水印的嵌入，这一过程达到标识视频作品版权的目的；接着，加了水印的视频媒体经过一定的加密装置进行加密处理，然后经过信道进行传输；另外，为了将水印技术与版权管理系统结合实现视频点播系统中的版权保护，本专利再设想在视频媒体发送到客户端之前，首先将该视频内容送到版权管理系统进行注册，然后将版权信息保存在数据库中，每个视频内容在该数据库中都有唯一ID，视频内容在该版权管理系统注册完成后，自动将带有水印的视频内容返回给视频点播系统，只有加了水印的视频内容才会发送给用户，针对不同的用户和不同的视频内容，版权管理者只需更换不同的ID，就可以各个合法用户和其点播的视频对应起来，一旦出现盗版行为，服务器端即可通过数据库中的ID号追查到是哪个客户端进行盗版行为，实现对数字产品的版权实现保护；紧接着，视频媒体被传送到客户端的某些防篡改设备里完成视频码流的接收、解密后完成用户ID数字水印的嵌入，这一过程，水印系统将针对不同的客户，将不同的客户标记水印嵌入到用户点播的视频码流中，实现信息追踪管理的目的。例如，某个购买者以自己购买的产品为模板，进行非法拷贝和传播，那么就能通过这些非法拷贝中的身份标识来追查到盗版的来源。最后，视频媒体直接进入到数字家庭网络。

Claims (7)

1、一种用于数字家庭网络的数字版权管理系统，包括服务端模块和客户端模块，所述服务端模块包括流媒体服务器模块、流媒体打包器模块和权限服务器模块三大部分，所述客户端模块主要包括可本地播放或远程播放的播放器模块，其特征在于所述流媒体打包器模块通过数字水印和数据加密相结合的方式对流媒体文件进行封装打包。

2、根据权利要求1所述的用于数字家庭网络的数字版权管理系统，其特征在于所述服务端模块和客户端模块通过RTP/RTCP协议进行通信。

3、根据权利要求1或2所述的用于数字家庭网络的数字版权管理系统，其特征在于所述权限服务器模块包括身份认证模块和权限表达模块两部分；

所述身份认证模块采用两层结构，通过AuthAPI接口面向应用程序，通过AuthSPI接口调用具体的认证方式；

所述权限表达模块通过抽象基类CBaseLicence定义了具体权限表达语言需要实现的接口，通过CXrMLLicence和CODRLLicence作为CBaseLicence的子类实现具体的操作。

4、根据权利要求3所述的用于数字家庭网络的数字版权管理系统，其特征在于所述身份认证的方式包括：用户口令核对、智能卡、USB硬件标志和指纹识别。

5、一种用于数字家庭网络的数字版权管理方法，由服务端对客户端的合法认证请求进行注册登记管理，并将内容文件通过加密保护后传送至获得认证的合法的客户端，所述客户端通过认证请求过程所获得的解密机制使用该内容文件，其特征在于所述服务端所传送的内容文件在加密之前还通过数字水印进行版权标识，所述客户端在将所收到的内容文件进行解密之后，也通过数字水印进行用户信息标识。

6、根据权利要求5所述的用于数字家庭网络的数字版权管理方法，其特征在于所述服务端传送的内容文件通过流媒体打包器模块进行版权标识和数据加密。

7、根据权利要求6所述的用于数字家庭网络的数字版权管理方法，其特征在于流媒体打包器模块在对内容文件进行版权标识后，还将该内容文件进行注册，并分配唯一的ID，再通过该ID与请求播放该内容文件的合法用户一一对应。

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