数字指纹嵌入方法、数字视频分发系统及方法

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

本发明的核心内容是将数字视频的分发分为两个部分进行，第一部分是数字视频的大块数据，该部分包含了数字视频的主要内容和绝大部分信息，并且以某种压缩格式存储，但是因为该部分并不包含某些关键的图像信息，使用正常的解码器看到的视频图像质量很差，无法观看；第二部分是数字视频的关键数据部分，包含了数字视频中的关键内容，但是数据量很小，并且在这些关键内容中嵌入了授权用户的指纹信息，从而保护版权信息不受侵犯。只有将这两个部分的数据合成在一起，才能观看到正常的视频内容。

下面结合附图和具体实施例，对本发明的数字指纹嵌入方法、视频分发系统及方法进行详细说明。

请参照图3，其为本发明一实施例的数字视频分发系统的结构示意图。该系统主要包含视频分离单元32、与视频分离单元32相耦合的指纹范围生成单元33、与指纹范围生成单元33和视频分离单元32分别耦合的视频分发单元35、与视频分发单元35相耦合的指纹生成单元34，其中：

视频分离单元32是用于将视频分解为大块数据和小块数据，其中，大块数据包含了所述视频的主要内容和绝大部分信息，并且以某种压缩格式存储，但是由于该部分并不包含某些关键的图像信息，使用正常的解码器看到的视频图像质量很差，无法观看；小块数据则包含了数字视频中的关键内容，而且数据量很小。

该视频分离单元32在分离视频数据时，需要使用视觉模型来确定能够嵌入指纹的区域，并提取出小块数据D。例如选定直流(DC：Direct Current)系数作为嵌入区域，则提取出能够嵌入指纹的多个DC系数。同时将提取出数据的这些位置置0或者置入一个随机的值，从而保证主要数据无法观看。

视觉模型是用来判断哪些数据对于视觉是重要的关键数据，这些关键数据可以对视觉产生影响，在本领域，视觉模型的使用已经非常普遍，在此不再赘述。

指纹范围生成单元33也需要根据视觉模型，同时利用上述提取出的小块数据D，找到该小块数据D中的每一个数据D1、D2、D3......Di可以被修改的范围作为指纹范围，如{D1_min，D1_max}、{D2_min，D2_max}、{D3_min，D3_max}、......{Di_min，Di_max}。例如，如果提取出的是多个DC系数，则该指纹范围生成单元33负责生成每一个DC系数的能够改动范围(DC_min，DC_max)。在该范围内任意选取的DC系数，均可以保证视频的质量。

视频分发单元35负责视频中的大块数据和指纹范围数据的发布工作。大块数据由于无法观看，不具有商业价值，所以可以通过任意公开渠道发行，用户也可以简单方便的获取这些数据，例如通过DVD、数字广播、互联网等；而指纹范围数据由于涉及到视频的版权信息，则需要通过加密渠道，将其直接传送到授权用户，加密传输的方法多种多样，都可以应用于本发明，在此不再赘述。

指纹生成单元34根据授权用户的个人信息，首先生成对应的{0，1}指纹序列，然后根据该序列的每个值，从上述的每一个指纹范围中选择出该指纹序列对应的数据值序列，选择的规则可以为：如果指纹序列的值为0，则选择小于所选指纹范围中间值的数据值，如果指纹序列的值为1，则选择大于所选指纹范围中间值的数据值，所选择出的数据值序列即为授权用户对应的关键数据，该关键数据中嵌入了授权用户的指纹信息，且由于该关键数据是指纹范围中的值，因此可以保证视频的质量。仍然以DC系数为例，如果生成的指纹序列为010011000111，则对应第一个值“0”，选择小于中间值的DC系数，即选择DC1<(DC1_min+DC1_max)/2；而后对应第二个值“1”，选择大于中间值的DC系数，即选择DC2>(DC2_min+DC2max)/2；以此类推，选择出指纹序列010011000111对应的DC系数序列DC1～DC12，其中，DC1<(DC1_min+DC1_max)/2，DC2>(DC2_min+DC2_max)/2，DC3<(DC3_min+DC3_max)/2，DC4<(DC4_min+DC4_max)/2，DC5>(DC5_min+DC5_max)/2，DC6>(DC6_min+DC6_max)/2，DC7<(DC7_min+DC7_max)/2，DC8<(DC8_min+DC8_max)/2，DC9<(DC9_min+DC9_max)/2，DC10>(DC10_min+DC10_max)/2，DC11>(DC11_min+DC11_max)/2，DC12>(DC12_min+DC12_max)/2，该DC系数序列DC1～DC12就是授权用户相对应的关键数据。

这里需要说明的是，所选择的小块数据的数据个数要大于或等于指纹序列的个数，以便可以对应指纹序列的每个值，找出小块数据中的每个数据的对应值。而在所选择的小块数据的个数大于指纹序列的个数时，则对应该指纹序列进行循环选择。仍以上述为例，如果DC系数的个数为18，大于指纹序列的个数12，则在选择完一组对应指纹序列的DC系数序列后，继续根据指纹序列从第13个DC系数范围{DC13_min，DC13_max}内开始选择，以此类推。

另外，如果所选取的小块数据中某个数据不能修改，则对应这个数据的指纹范围，DC_min和DC_max都直接采用该数据。

如此一来，既完成了视频数据的分发又完成了数字指纹的嵌入。

将本发明的上述实施例的数字指纹嵌入方法及数字视频分发系统应用于进行视频分发的视频服务器，通过这种视频分发方式，减少了私有渠道的数据占用量，降低了视频服务器的处理压力。

根据本发明的一具体实施例，本发明的数字视频分发系统还可以包括视频编码单元31，在本实施例中，该视频编码单元31主要起到编码和预处理视频数据的作用，其用于使用选定的压缩视频格式对原始视频进行编码，由于后续需要对压缩后的视频进行分离并嵌入指纹信息，因此在编码时可以先对编码格式中的一些参数进行限定，例如，如果使用H.264格式进行编码，则可以限定预测模式的类型、I帧中包含的块数目等。该实施例是基于压缩视频的分发系统的实施例。

当然，本发明的保护范围并不限于上述图3所示的基于压缩视频的分发系统的实施例，根据本发明的另一具体实施例，所述视频编码单元31用于对生成的关键数据和大块数据进行压缩编码，再各自通过加密渠道和公开渠道发送。这一实施例则是基于原始视频的分发系统的实施例。

为了顺利播放视频，根据上述各实施例，本发明的数字视频分发系统还可以包括一个视频合成单元36，其用于将生成的关键数据，以及通过公共渠道得到的大块数据进行合成，从而生成具有数字指纹的压缩视频。

藉此，授权用户终端通过正常的解码程序就能够顺利播放视频节目了。

为了抑制盗版活动，根据上述各实施例，本发明的数字视频分发系统还可以包括一个指纹提取单元37，其负责盗版的监控工作，它从市场上收集到的盗版视频中提取出指纹信息，根据指纹信息唯一性，确定盗版者，从而保护数字视频的版权，能够有效地抑制盗版活动。

再请参照图4，根据本发明上述各实施例的数字视频分发系统，本发明还提供一种数字视频分发方法，该方法是与上述系统相对应，主要包括下列步骤：

分离视频数据：根据视觉模型确定视频数据中能够嵌入指纹的区域，提取出小块数据，并将原视频数据中该小块数据的位置置0或随机值。由于小块数据被从视频数据中提取出来了，因此，剩余的大块数据无法正常观看。

生成指纹范围：根据视觉模型，利用提取出的小块数据，生成该小块数据中的每个数据可以修改的范围作为多个指纹范围。每一个范围内的任意值都可以保证该部分视频的质量，也就是说，每一个范围内的任意值都可保证原视频数据在该位置的完整性。

视频发行：将所述指纹范围数据通过加密渠道传送到授权用户，并将除所述小块数据之外的大块数据通过公开渠道，如P2P、DVD、数字广播、互联网等发行；

生成指纹的关键数据：根据授权用户的个人信息，生成对应的指纹序列，然后从上述的多个指纹范围中各选出一个，以选择出该指纹序列对应的数值序列，该数值序列就是授权用户相对应的关键数据。

其中，在多个指纹范围中选择对应指纹序列的数值序列的方法包括下列步骤：

首先根据授权用户的个人信息，生成对应的{0，1}指纹序列；

如果指纹序列中的值为0，则依次从一个指纹范围中选择小于所选指纹范围中间值的数值；

如果指纹序列中的值为1，则依次从另一个指纹范围中选择大于所选指纹范围中间值的数值；

以此类推，选择出上述指纹序列对应的数值序列。

这种在多个指纹范围中选择对应指纹序列的数值序列的方法是本发明可以实施的一个实施例，而本发明的保护范围不限于此，任何根据指纹序列选择对应的指纹范围内的数值序列的方法都包含于本发明的保护范围之内。

有了上述的视频分发方法，再通过下述的视频合成步骤，授权用户即可通过正常的解码程序顺利播放视频节目了。

这个视频合成步骤为：将从公开渠道获得的大块数据以及生成的关键数据进行合成，生成具有数字指纹的压缩视频，由于作为关键数据的数值序列的各个数值都是在指纹范围内的数值，因此可以作为小块数据合并于大块数据，以保证视频质量，如此一来，就可以通过正常的解码程序播放节目了。

根据本发明的一较佳实施例，上述视频编码、视频分离以及指纹范围生成都可以在视频服务器端进行，而指纹生成和视频合成则可以在授权用户端，如授权用户的机顶盒进行。

另外，为了有效抑制盗版活动，本发明的方法还可以通过增加下述的指纹提取步骤来实现。

这个指纹提取步骤为：从市场上收集到的盗版视频中提取出指纹信息，根据指纹信息的唯一性，确定拥有该指纹信息的授权用户，也就是盗版者，从而保护数字视频的版权。

相对于其他的数字视频系统，本发明的数字视频分发系统及方法具有以下几个优点：

(1)视频大部分内容不具有商业价值，任何人可以通过任何公共渠道获取，例如通过流行的P2P技术，大幅度的简化了视频发行的工作量，同时降低了视频服务器的载荷。有效地解决了视频服务器与用户之间进行点对点分发造成的处理压力和占用带宽非常大的问题。

(2)指纹范围数据中包含了嵌入指纹的位置和范围，但是数据量很小，完全可以通过授权用户与服务器之间一对一的加密传输来实现。

(3)指纹生成单元通过从指纹范围中选择合适的数据就能够生成关键数据，保证了高效实时的嵌入指纹信息，从而满足大规模分发和播放的要求。

(4)对于基于压缩视频的分发系统的实施例，视频编码是一个预处理的过程，在实际系统中，首先对所有的原始视频按照一定的规则进行编码，然后将编码后的视频存放在系统的数字视频库中，保证了视频库的占用量不至于太大。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。