專(zhuān)利名稱(chēng)：實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?br> 技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及信息安全的技術(shù)領(lǐng)域，具體說(shuō)是實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒ǖ募夹g(shù)。
背景技術(shù)：
數(shù)字指紋視頻是對(duì)用戶(hù)給定的視頻服務(wù)信號(hào)嵌入不同標(biāo)識(shí)的指紋數(shù)字信號(hào)處理的過(guò)程，用戶(hù)之間利用出現(xiàn)的不同意義比特位進(jìn)行識(shí)別。這種標(biāo)識(shí)也稱(chēng)為指紋載荷pay-load，通常是通過(guò)魯棒數(shù)字水印嵌入過(guò)程實(shí)現(xiàn)。在數(shù)字版權(quán)管理DRM文本中，指紋嵌入和加密的主要目的是保護(hù)視頻內(nèi)容不受單個(gè)或共謀攻擊干擾。其中，數(shù)字視頻的共謀攻擊是其應(yīng)用面臨的最重要的問(wèn)題，因此，數(shù)字視頻的抗共謀攻擊能力是其能夠應(yīng)用的重要技術(shù)指標(biāo)。目前的數(shù)字指紋技術(shù)遠(yuǎn)未達(dá)到實(shí)用階段，這是因?yàn)槿藗兒鲆暳怂“踩缘难芯?。?shù)字指紋屬于數(shù)字水印研究范疇。長(zhǎng)期以來(lái)，數(shù)字水印的研究更關(guān)注于水印的魯棒性，即研究如何抵抗一些非惡意的攻擊，如:加性噪聲、過(guò)濾、有損壓縮和抗幾何攻擊等，而忽視了水印安全性的研究。對(duì)于指紋識(shí)別和拷貝控制等應(yīng)用，水印的安全性是一個(gè)非常重要的問(wèn)題，其中，共謀攻擊是對(duì)數(shù)字指紋最為有效的攻擊。在共謀攻擊中，多個(gè)共謀者用他們擁有的同一作品的多個(gè)拷貝共謀生成一個(gè)新的拷貝，在新的拷貝中，指紋信息被移除或削弱，因而，數(shù)字指紋不僅要求能抵抗一般的信號(hào)處理攻擊和單拷貝攻擊，而且還能抵抗共謀攻擊。目前的數(shù)字指紋的實(shí)現(xiàn)技術(shù)主要是正交指紋、相關(guān)性指紋，也可劃分為連續(xù)指紋和離散指紋以及抗共謀碼ACC數(shù)字指紋。(I)正交指紋的缺點(diǎn)是:對(duì)于用戶(hù)不多的指紋應(yīng)用比較有效，但隨著用戶(hù)的增多，指紋檢測(cè)和追蹤算法的復(fù)雜性顯著增加，并且指紋的能量在共謀中顯著減少，這使得檢測(cè)器無(wú)法檢測(cè)到指紋。(2)相關(guān)性指紋缺點(diǎn)是:在設(shè)計(jì)中引入相關(guān)性，即使數(shù)字內(nèi)容的復(fù)本遭受到共謀攻擊，指紋中相關(guān)部分的能量也不會(huì)顯著減少。相關(guān)性指紋主要由編碼指紋組成，其中最早由Boneh和Shaw提出的C-安全碼，提出雙層編碼構(gòu)造方法來(lái)抵抗給定數(shù)量的共謀者的攻擊。這個(gè)指紋編碼方案由Yacobi進(jìn)一步改進(jìn)，他將一個(gè)直接擴(kuò)頻序列的嵌入層和C-安全碼的編碼層結(jié)合起來(lái)，提高了用戶(hù)數(shù)量。但這種方法的主要缺點(diǎn)是，a)當(dāng)同步失真時(shí)，難以提取有效的數(shù)字指紋。b)抗共謀攻擊者數(shù)量有限。(3) Wade Trappe等人結(jié)合組合設(shè)計(jì)和區(qū)組編碼的理論(如BIBD等)提出了一種抗共謀碼ACC，其主要缺點(diǎn)是:將指紋編碼和嵌入結(jié)合起來(lái)，雖然提高了指紋的抗共謀攻擊的能力，但大大增加了傳輸帶寬的使用要求。因此，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)成本較高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種安全性高，能夠有效降低通信成本的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，解決傳輸帶寬和系統(tǒng)抵抗共謀攻擊因素的影響，降低發(fā)送端的計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)追蹤非法者的權(quán)利及其有效性。本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)。一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在?所述實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒ò〝?shù)字指紋加密傳輸與數(shù)字指紋加密接收。所述數(shù)字指紋加密傳輸包括下列步驟:I)圖像和視頻的載體信源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮，形成MPEG-2基本數(shù)據(jù)S1 ；2)圖像或視頻的數(shù)字指紋數(shù)據(jù)％(i)利用DGHM多小波變換樹(shù)進(jìn)行處理，形成一種多小波樹(shù)；3)按照數(shù)字指紋的重要性排序，把數(shù)字指紋圖像特征點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)按照多小波樹(shù)“父-子節(jié)點(diǎn)”關(guān)系的不同分解成不同能量的指紋向量基ρ 、..，?！⑿纬蓴?shù)字指紋數(shù)據(jù)Μ'1’'#;4)根據(jù)樹(shù)結(jié)構(gòu)的不同分支相互發(fā)生共謀攻擊的概率決定數(shù)字指紋嵌入的能量大小及其關(guān)系；5)在壓縮域，根據(jù)密鑰Γ，Κω通過(guò)CDMA/TDMA正交調(diào)制矩陣把數(shù)字指紋調(diào)制嵌入到S1中，形成包含載體基本數(shù)據(jù)和數(shù)字指紋的混合數(shù)據(jù)Aw其中，Γ為公鑰，κω為用戶(hù)U(i)的私鑰；6)對(duì)多播和單播的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行加密形成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，最后通過(guò)信道傳輸；所述數(shù)字指紋加密接收包括下列步驟:I)根據(jù)密鑰Km，K(i)解密多播和單播的壓縮比特流數(shù)據(jù)V，其中V可能遭受了共謀攻擊，也可能沒(méi)有；2)進(jìn)行MPEG-2解壓縮，恢復(fù)圖像和視頻信源數(shù)據(jù)，同時(shí)，根據(jù)CDMA/TDMA組合正交矩陣進(jìn)行解調(diào)；3)對(duì)圖像和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行DGHM分解，并把各級(jí)的相同空間位置和方向上的不同頻率子帶系數(shù)劃分為同一組并構(gòu)成一種具有“父-子節(jié)點(diǎn)”關(guān)系的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)樹(shù)；4)對(duì)每級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)的子帶系數(shù)計(jì)算奇偶，提取嵌入的數(shù)字指紋水印數(shù)據(jù)Y(i)；5)用歸一化相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，相關(guān)系數(shù)定義如下:
權(quán)利要求
1.一種實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在?所述實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒ò〝?shù)字指紋加密傳輸與數(shù)字指紋加密接收， 所述數(shù)字指紋加密傳輸包括下列步驟: 1)圖像和視頻的載體信源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮，形成MPEG-2基本數(shù)據(jù)S1； 2)圖像或視頻的數(shù)字指紋數(shù)據(jù)％(;)利用DGHM多小波變換樹(shù)進(jìn)行處理，形成一種多小波樹(shù)； 3)按照數(shù)字指紋的重要性排序，把數(shù)字指紋圖像特征點(diǎn)的不同數(shù)據(jù)按照多小波樹(shù)“父-子節(jié)點(diǎn)”關(guān)系的不同分解成不同能量的指紋向量基丨，并形成數(shù)字指紋數(shù)據(jù)吣 4)根據(jù)樹(shù)結(jié)構(gòu)的不同分支相互發(fā)生共謀攻擊的概率決定數(shù)字指紋嵌入的能量大小及其關(guān)系； 5)在壓縮域，根據(jù)密鑰Γ，Κω通過(guò)CDMA/TDMA正交調(diào)制矩陣把數(shù)字指紋調(diào)制嵌入到S1中，形成包含載體基本數(shù)據(jù)和數(shù)字指紋的混合數(shù)據(jù)Xt(1)=St+Wt(1)其中，Km為公鑰，Κ(1)為用戶(hù)u(i)的私鑰； 6)對(duì)多播和單播的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行加密形成傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流，最后通過(guò)信道傳輸； 所述數(shù)字指紋加密接收包括下列步驟: 1)根據(jù)密鑰Km，K(i)解密多播和單播的壓縮比特流數(shù)據(jù)V，其中V可能遭受了共謀攻擊，也可能沒(méi)有； 2)進(jìn)行MPEG-2解壓縮，恢復(fù)圖像和視頻信源數(shù)據(jù)，同時(shí)，根據(jù)CDMA/TDMA組合正交矩陣進(jìn)行解調(diào)； 3)對(duì)圖像和視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行DGHM分解，并把各級(jí)的相同空間位置和方向上的不同頻率子帶系數(shù)劃分為同一組并構(gòu)成一種具有“父-子節(jié)點(diǎn)”關(guān)系的對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)樹(shù)； 4)對(duì)每級(jí)樹(shù)結(jié)構(gòu)的子帶系數(shù)計(jì)算奇偶，提取嵌入的數(shù)字指紋水印數(shù)據(jù)Y(i)； 5)用歸一化相關(guān)系數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，相關(guān)系數(shù)定義如下:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在于所述步驟4)與步驟6)中的共謀攻擊包括下列步驟: 設(shè)SC為檢測(cè)并指出共謀攻擊發(fā)生概率的索引，定義共謀攻擊函數(shù)產(chǎn)生的可疑拷貝內(nèi)容為V = g{{X\k))}k,sc ’ k為共謀者，g (.)為共謀函數(shù)，則對(duì)于樹(shù)的I彡I彡L級(jí)，從V中檢測(cè)共謀過(guò)程如下: a)指紋樹(shù)第一級(jí)檢測(cè):檢測(cè)器在第一級(jí)建立提取的數(shù)字指紋Y和每個(gè)Dl指紋W1 L1 =U.,A的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在?所述數(shù)字指紋CDMA/TDMA組合正交矩陣進(jìn)行解調(diào)中設(shè)置有指紋漂移補(bǔ)償方法，就是嵌入數(shù)字指紋數(shù)據(jù)在MPEG-2視頻序列參考幀的運(yùn)動(dòng)矢量中，所述指紋漂移補(bǔ)償方法，包含了參考幀中運(yùn)動(dòng)矢量嵌入的數(shù)字指紋秘密信息，且只能通過(guò)單播信道傳輸給合法用戶(hù)，具體包括下列步驟: a)對(duì)于每個(gè)MPEG-2編碼的DCT系數(shù)，如果它沒(méi)有調(diào)制嵌入數(shù)字指紋，那么進(jìn)行可變長(zhǎng)編碼VLC操作，并和運(yùn)動(dòng)矢量、量化因子以及邊信息一起通過(guò)Km加密，多播給所有用戶(hù)； b)對(duì)于每個(gè)MPEG-2編碼的DCT系數(shù)，如果它調(diào)制嵌入了數(shù)字指紋，那么首先進(jìn)行反量化Q—1，然后對(duì)用戶(hù)u(i)調(diào)制嵌入相應(yīng)的數(shù)字指紋數(shù)據(jù)并加入相應(yīng)的漂移補(bǔ)償信號(hào)數(shù)據(jù)，這樣形成包含漂移補(bǔ)償?shù)臄?shù)字指紋系數(shù)，接著進(jìn)行量化Q和可變長(zhǎng)編碼VLC。
c)最后，通過(guò)密鑰Κω對(duì)混合數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并單播給用戶(hù)i。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在于所述?shù)字指紋CDMA/TDMA組合調(diào)制矩陣P = Pjoint為一個(gè)上三角矩陣:
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在于在所述CDMA/TDMA組合調(diào)制指紋的嵌入中，已知PT°int和{Nj i =卜.』，在指紋樹(shù)結(jié)構(gòu)的I彡I彡L級(jí)，對(duì)于指紋基丨^i' }，存在關(guān)系:
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒ǎ涮卣髟谟谒鯟DMA/TDMA組合調(diào)制指紋的檢測(cè)中，在接收檢測(cè)端，已知通過(guò)密鑰解密的數(shù)字內(nèi)容為V，對(duì)于I彡I < L，檢測(cè)步驟如下: 1)首先，檢測(cè)器從V1中提取Y1; 2)指紋樹(shù)的第一級(jí)檢測(cè):在第I級(jí)，檢測(cè)器使提取的指紋(YJ1= 1...1和每個(gè)Dl指紋基W1 A相關(guān)并計(jì)算相關(guān)統(tǒng)計(jì)性:
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，其特征在于所述?shù)字指紋加密傳輸中，數(shù)字指紋嵌入和加密分配的過(guò)程如下: a)根據(jù)數(shù)字指紋的樹(shù)結(jié)構(gòu)，由公式
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了實(shí)現(xiàn)數(shù)字指紋加密的視頻多播傳輸?shù)姆椒?，包括?shù)字指紋加密傳輸與數(shù)字指紋加密接收，前者包括下列步驟圖像和視頻的載體信源數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)壓縮；對(duì)基于圖像或視頻的數(shù)字指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后形成數(shù)字指紋數(shù)據(jù)根據(jù)樹(shù)結(jié)構(gòu)的不同分支相互發(fā)生共謀攻擊的概率決定數(shù)字指紋嵌入的能量大小及其關(guān)系；經(jīng)過(guò)CDMA/TDMA組合正交調(diào)制處理形成混合數(shù)據(jù)并形成加密數(shù)據(jù)流，最后通過(guò)信道傳輸；后者包括下列步驟根據(jù)密鑰Km，K(i)解密、壓縮，恢復(fù)圖像和視頻信源數(shù)據(jù)，同時(shí)，進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)過(guò)處理，相關(guān)性函數(shù)檢測(cè)樹(shù)結(jié)構(gòu)各級(jí)發(fā)生共謀攻擊，最后得到數(shù)字指紋數(shù)據(jù)。本發(fā)明安全性高，降低通信成本，同時(shí)增強(qiáng)系統(tǒng)追蹤非法者的權(quán)利及其有效性。
文檔編號(hào)H04N7/26GK103152608SQ201310074499
公開(kāi)日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2013年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月28日
發(fā)明者趙慧民, 朱立, 陳小玲 申請(qǐng)人:廣東技術(shù)師范學(xué)院