数字内容版权保护的现状与展望

数字内容版权保护的现状与展望

现有的数字视频源保护系统的视频制作链接通常采用h.264视频编码标准压缩视频。1hevc视频编码编码数字内容加密是数字版权保护系统的核心和起点,其目的是使得只有拥有数字内容解密密钥的用户才可能打开加密的数字内容。目前加密领域主要有对称加密、非对称加密和单向加密三种方式。由于数字视频内容数据量巨大,数字版权保护系统往往采用加密速度较快的对称加密算法,如AES、DES、3DES等。现有的数字视频版权系统中视频加密方式是利用对称加密算法(如AES)分组加密整个二进制视频流。这种视频加密方式实现简单且与编码格式无关,但是实时性较低。因此在加密数据量更大的高清、超高清视频时,其加密速度很慢,不能满足用户对实时性的需求。本文在压缩比、安全性、实时性、算法复杂度、数据可操作性等方面进行权衡考虑,选取了DCT直流系数加密与CABAC二进制串语法元素加密的相结合的HEVC视频加密方案其中DCT直流系数加密原理为其中k,l=0,1,…,N-1当只选取变换的直流系数的时候,k、l都为0。使用E邀x(i,j)妖代表计算像素值的期望,此时DCT直流系数为如下结果:为了尽量减少加密对压缩比的影响,对DCT系数加密处理的时候只对加密区域内部的直流DCT系数加以混乱,而这一过程可通过洗牌算法将加密区域的所有块的DCT直流系数随机打乱,其中随机数发生器的种子为加密密钥。而HEVC中CABAC二进制串语法元素加密原理为因此bypass编码模式下的通过定长码或k阶指数哥伦布编码二值化的所有语法元素经过加密后必定不会引起码率增加。经分析和实验,bypass模式下满足加密后压码率不变且解码出错的要求的部分语法元素如表1所示。对上述语法元素进行加密时,首先要获得每一个待加密语法元素的合法取值集合,再将当前合法取值集合中每一合法取值使用加密算法映射到当前语法元素的另外一个合法取值上,熵编码对映射后的语法元素进行编码,得到对应的加密码流。由于映射之后的数值在解码过程中会导致解码器解码出现错误的取值,因此,可使得解码输出的图像出现错误。2超高清视频版权保护时间本文提出的方案是为了解决现有的数字视频版权保护方案在对超高清视频进行版权保护时,在视频压缩及视频加密环节的不足。因此,本方案是在现有的数字视频版权保护系统方案上进行局部改进。2.1视频服务器的下载典型的数字视频版权保护系统在主要由视频打包器、视频服务器、许可证服务器以及播放器四个主体构成,系统结构如图2所示其中视频打包器实现对原始视频内容的压缩、封装以及采用对称加密算法进行内容加密处理;将用户输入的视频版权信息、元数据Metadata、许可证获取地址URL结合加密器产生的密钥标识KeyID生成系统定义的打包文件头;将打包好的文件上传至视频服务器并将版权信息、元数据Metadata、许可证获取地址URL以及加密器生成的内容标识符和密钥种子Seed发送到许可证服务器。许可证服务器负责分析用户的许可证请求报文,从许可证服务器的数据库中提取密钥种子Seed、元数据Metadata、权限信息rights等相关信息按照许可证报文格式生成许可证,并在对许可证进行数字签名和非对称加密等安全处理后发放许可证。同时,许可证服务器能实时地接收客户端回发的许可证使用跟踪信息。播放器负责下载数字打包视频,尝试视频播放时,首先根据数字视频CID检索本地许可证,并能够在没有有效本地许可证的时候,按照设定的判定过程并收集播放器身份标识符、数字视频标识符CID等信息生成许可证申请报文以向许可证服务器请求许可证,并在获得有效许可证后解析许可证并存储到本地许可证库,最后根据许可证授权使用数字视频。视频服务器负责打包数字视频的上传和下载,以及修改数字内容的元数据和删除数字打包内容。此外,还负责用户的注册,登录、查看、修改和管理。2.2视频打包器模块现有的数字视频版权保护系统的视频打包器模块实现了原始视频文件的压缩、加密、封装和包装。而本文将HEVC编码标准以及HEVC视频加密算法应用到现有数字视频版权保护系统的目的就是为了提高系统在视频压缩和视频加密的效率,以满足对超高清视频的版权保护。因此,本文将基于HEVC标准的具有加密功能的X265视频编码应用到视频打包器模块,进行相应的改进就能满足实际的需求。改进后的视频打包器模块的打包流程如图31)内容提供者输入许可证获取地址URL、版权信息和视频元数据Metadata等信息。2)调用内容密钥成器随机生成KeyID、Seed和数字视频标识符CID。3)通过KeyID和Seed生成对称加密密钥Key。4)调用文件头生成器将版权信息、元数据Metadata、许可证获取地址URL、数字内容标识符CID、密钥标识符KeyID等信组合成文件头,设置其内容校验值,并对文件头进行数字签名,最后写入打包数字内容容器,作为打包数字内容文件头。5)调用具有加密功能的X265视频编码器在压缩编码的同时利用密钥Key通过AES对称加密算法加密数字内容,将加密结果写入打包数字内容容器,作为打包数字内容文件体。6)将打包数字内容容器保存为本地文件,即生成打包数字内容。7)调用数据发送器,将元数据Metadata、数字内容标识符CID、密钥种子Seed、许可证获取地址URL等信息连同默认授权信息发送到许可证服务器。2.3是否支持用户使用开发协议的安装系统配置为Windows7操作系统,CPUi5处理器和2G内存。服务器采用MySQLServer5.7、Jboss4.0.2、JDK1.8.0。超高清视频经过视频打包器后,非授权用户使用播放器对其进行播放时,将提示不支持该播放格式。用户得到服务器授权后,在许可证书设定的有效时间内,能够正常地解密播放受保护超高清视频。3hevc视频编码优化数字视频版权保护系统中视频压缩环节仍存在不足,需要更好的快速编