[发明专利]数字指纹嵌入方法、数字视频分发系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及数字视频分发，尤其涉及一种数字指纹嵌入方法、数字视频分发系统及方法。

背景技术

在过去的十年中，数字视频技术取得了突飞猛进的发展。一方面，视频编码技术发展迅速，压缩效率越来越高，随之出现了几种视频压缩标准，例如MPEG-2、MPEG-4和H.264等；另一方面，宽带网络的发展和普及，也为数字视频技术的应用提供了良好的前提和基础，大量与数字视频有关的应用涌现出来，例如网络电视(IPTV：Intemet Protocol Television)、高清电视(HDTV：High Definition Television)等，并且已经拥有了大量的用户。然而由于获取数字视频信息的便利性，导致盗版活动也非常猖獗，严重影响到整个数字多媒体产业的生存和发展。具有高效实时的数字指纹方法的视频分发系统，成为了当前的研究热点。

数字指纹是根据授权用户的个人信息生成的某种序列符号，如果在视频中嵌入了数字指纹，那么每个授权用户的版本都会有细微的差别，这是由于不同的用户必然得到不同的指纹。当某个授权用户发生盗版行为时，我们就可以通过视频中的数字指纹信息抓住这个恶意盗版者，从而保护数字视频的版权。

目前包含有数字指纹技术的数字视频分发系统主要分为两种：基于原始视频的分发系统和基于压缩视频的分发系统。

基于原始视频的分发系统是指数字指纹的嵌入直接在原始视频中进行。其具体过程是当授权用户请求某个视频时，视频服务器首先根据授权用户的个人信息生成数字指纹，然后根据自己的嵌入方法在原始视频中嵌入指纹信息，然后将嵌入指纹后的视频进行压缩处理，最后通过服务器将该视频文件通过私有渠道直接传送给授权用户，具体流程如图1所示。

基于原始视频的分发系统的数字指纹嵌入是在没有经过压缩算法处理过的原始视频中直接嵌入指纹信息，这种方法与视频编码格式无关，而只与视频信息本身有关，所以理论上原始视频指纹能够适应于各种视频压缩标准。其次，该方法直接修改了原始视频信息，一般的攻击方法很难去掉，所以抗攻击能力较强。但是，实际上绝大多数视频压缩标准均为有损压缩，压缩过程中丢失的信息不同，可能导致不同程度的指纹信息丢失，因此实际设计原始视频水印(指纹信息)时也必须考虑视频压缩标准的差异。

总的来说，基于原始视频的分发系统，存在以下几个方面的问题：

(1)原始视频比压缩视频要大上几十倍甚至上百倍，该系统的数字视频库相当庞大，会占据大量的存储资源；

(2)同样由于原始视频非常大，必须将数字视频经过压缩后才能分发，那么采用这种方法嵌入指纹信息时，需要先嵌入指纹信息，再重新压缩嵌入指纹信息后的视频信息，因此计算复杂，效率低下；

(3)即使不同的授权用户要求观看同一个视频内容，由于指纹信息的不同，视频服务器也必须通过私有渠道向每个用户发送存在微小差别的视频信息。即便用户规模在万人左右，当这些用户同时发出请求时，视频服务器处理起来压力也是非常大，而以目前的带宽条件基本上很难保证服务质量。

基于上述三个方面的原因，该系统在视频存储、指纹嵌入、视频分发的各个环节需要处理的数据量都非常大，导致其效率异常低下。将该系统投放到实际应用中，甚至无法满足我国一个小城市的数字电视需求，所以没有太大的实用价值。

基于压缩视频的分发系统是指数字指纹的嵌入直接在压缩视频中进行。其具体过程是当授权用户请求某个视频时，视频服务器首先根据授权用户的个人信息生成数字指纹，然后根据自己的嵌入方法直接在压缩视频中嵌入指纹信息，然后通过服务器将该视频文件通过私有渠道直接传送给授权用户。具体流程如图2所示。

直接在压缩后的视频流中嵌入指纹信息与视频编码格式关系密切，针对于不同的压缩视频标准需要设计出不同的嵌入方法。目前压缩视频嵌入方法主要考虑与当前世界上流行的编码标准相结合，如MPEG-2、MPEG-4、H.264等，同时考虑与这些标准普遍采用的离散余弦变换(DCT：Discrete CosineTransform)、量化、熵编码、运动补偿、运动估计等技术相结合，从而衍生出不同的压缩视频嵌入方法。

与基于原始视频的分发系统相比，该系统在两个方面做了改进：1、视频库中直接存储压缩视频，解决了数字视频占用存储资源太多的问题；2、嵌入指纹后就可以直接将压缩视频分发给用户了，不需要再经过压缩编码的过程，大幅度减小了服务器的计算量，提高了效率，所以更加符合工业界对视频播放、视频分发和监控的要求。

然而，基于压缩视频的分发系统，仍然存在以下几个方面的问题：