基于视频GOP的用户拷贝快速生成方法

摘要

本发明涉及数字内容安全保护技术领域，尤其涉及一种基于视频GOP的用户拷贝快速生成方法。本发明基于级联指纹码技术，用户拷贝生成过程包括以下步骤：依据指纹码的内码序列生成母拷贝视频源文件；根据用户的外码，依次从对应的母拷贝视频源文件中提取相应的图像块组，通过对GOP图像块组的组合拼接生成用户唯一拷贝。本发明将生成用户视频拷贝的时间从编码一个视频源的时间降低到复制视频源的时间，可在短时间内快速生成大量视频拷贝，适用于面向大规模用户的音像作品的实时在线发布系统。本发明所提出算法具备良好的通用性和实用性，可适用于常用的视频编码标准，如H.264，MPEG-2，MPEG-4，AVS等。

说明书

技术领域

本发明涉及数字内容安全保护技术领域，尤其涉及一种基于视频GOP的用户拷贝快速生成方法。

背景技术

近年来，信息技术的迅猛发展及以其为基础的电子商务的广泛应用，使各类文字、图片、影视等作品通过网络的传播范围空前扩大，为创作者和发行商带来了新机遇。但同时，人们也很容易对以数字形式存在的产品进行非法拷贝和分发。目前，数字指纹技术已经得到国内外学者的广泛研究，该技术通过在受保护作品的每一份拷贝都嵌入唯一的指纹信息，使得每份拷贝都与其他拷贝有细微的差别，保证每份用户拷贝获取唯一的拷贝。当发行方发现非法拷贝后，通过提取其中的指纹序列就可以追踪到非法盗版作品的来源，对盗版者进行起诉，从而防止盗版行为的发生。

目前，通过Internet网络面向成千上百万用户进行音像作品的在线交易已经非常普及。面对大规模的用户，如何快速生成用户的唯一拷贝，实现音像制品在在线快速发行，是大规模音像制品发行中数指纹技术能够投入实际使用的关键问题。对于通常的电影作品，采用传统的数字水印技术，为每个用户生成一份嵌入唯一指纹信息的用户拷贝的时间往往等同于一次视频编码时间，由于生成时间过长而无法得到实际的应用。如何快速生成用户拷贝是数字指纹技术能够投入实际应用的关键问题。

由于级联结构的指纹码可以大幅度提高指纹码的编码效率和抗合谋攻击能力，目前很多学者在级联码的基本框架下，采用不同的抗合谋内码或纠错码外码进行组合，提出了各种的级联指纹码方案，对指纹码结构的设计、译码算法的优化等方面都进行了广泛研究。

级联指纹编码思想是：内码采用抗合谋指纹码，外码采用纠错码，将内码的码字作为外码的码本进行级联，构造出级联指纹码。级联指纹码的编码器原理如图1所示，本申请以(l，N)_q表示长度为l、用户数为N、进制为q的指纹码。级联指纹码的内码为(l₁，N₁)_q抗合谋指纹码，外码为纠错码。编码器为每个用户u_i生成唯一的外码码字c_i，然后以内码的N₁个码字序列作为码本，对相应的外码码字进行替换，编码成(l₁*l₂，N)_q指纹码。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明的目的是提供一种基于视频GOP的用户拷贝快速生成方法，用于数字作品盗版源追踪的用户拷贝快速生成。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

母拷贝生成步骤，该步骤包括以下子步骤：

①根据级联指纹码外码的进制N₁，生成N₁个母拷贝源文件

②第i个母拷贝源文件的生成：对原始视频采用MPEG2、MPEG4、H264或AVS等视频压缩编码方法进行视频压缩，在对选定的I帧编码时，采用数字水印嵌入技术，嵌入级联指纹码的第i个内码序列；

③依次依照步骤②生成N₁个母拷贝源文件每个源文件中嵌入了一组内码序列；

④为每个母拷贝生成母拷贝GOP地址文件，在该文件中记录该母拷贝中各个GOP的起始地址和结束地址；

用户拷贝生成步骤，该步骤进一步包括以下子步骤：

假定用户u_j的外码为W_j＝{w_ij}，其中0≤i≤l₂，w_ij∈{0，N₁-1}，则：

①根据用户u_j的第一个外码码字w_1j，选择第w_1j个母拷贝序列的第1个GOP块组，将其拷贝到用户u_j的用户拷贝中；

②依次根据用户u_j的外码，提取对应母拷贝中的GOP分组，如对于第i个外码w_ij，根据其值，选择第w_ij个母拷贝序列的第i个GOP块组。将该GOP块组拼接到用户拷贝中；

③完成整个用户拷贝视频文件的拼接，生成用户视频拷贝。

母拷贝生成步骤的第④步骤包括：

在每个视频母拷贝中，寻找I帧的起始标志(如在MPEG2中为0x000x000x010xB8)，记录各个I帧的起始地址，即为各个GOP的起始地址；

记录各个I帧起始位置的前一个字节地址，即为上一个GOP的结束地址。

母拷贝生成步骤的第②步骤中的数字水印嵌入技术，采用在空间域或变换域进行水印信息的嵌入。

用户拷贝的生成是直接通过母拷贝的GOP块组合实现。

本发明具有以下优点和积极效果：

1)本发明将生成用户视频拷贝的时间从编码一个视频源的时间降低到复制一个视频源的时间，可在短时间内快速生成大量视频拷贝，适用于面向大规模用户的音像作品的实时在线发布系统；

2)本发明具备良好的通用性和实用性，可适用于常用的视频编码标准，如H.264，MPEG-2，MPEG-4，AVS等。

附图说明

图1是级联指纹码编码器示意图。

图2是视频压缩流的GOP组成结构图。

图3是母拷贝生成示意图。

图4是用户拷贝生成示意图。

具体实施方式

下面首先对本发明的理论基础进行描述：

一、视频编码结构

原始视频流是由一帧帧图像组合而成的。现有的视频压缩编码技术将视频分割为多个画面组。每个画面组中包含一个I帧，多个P帧及B帧，如排成IBBPIBBPIBBPI...样式，这种连续的画面组即为GOP(GROUP OF PICTURE)，是压缩视频流用来存取的最基本的单位，它的排列顺序将会一直重复到影像结束。I是内部编码帧，P是前向预测帧，B是双向内插帧。简单地讲，I帧是一个完整的画面，而P帧和B帧记录的是相对于I帧的变化。没有I帧，P帧和B帧就无法解码。视频压缩码流的GOP组成结构如图2所示。

二、级联指纹码编码

在进行用户拷贝生成之前，系统首先采用基于级联码的数字指纹编码技术，为每个用户生成数字指纹序列。为了体现算法的通用性，本方法描述中的指纹码为(l₁*l₂，N)_q指纹码，内码为(l₁，N₁)_q抗合谋指纹码，外码为纠错码。指纹码的码长为l₁*l₂，用户数为N，指纹码的进制为q。

级联指纹码的构造过程如下：

1、首先生成(l₁，N₁)_q内码序列集合，即码字个数为内码为N₁，码字长度为l₁，q进制的抗合谋指纹码序列，具体指纹码构造方式用户可自己定义。表1为q＝2的内码码字的示意图。第i行二进制序列为第i个内码的码字序列。

表1：内码码字结构示意表

2、系统为每个用户生成唯一的外码序列。通常该序列采用纠错码方法生成。用户外码码字序列长度为l₂，用户数为N，进制为N₁。表2为N₁＝4的内码码字的示意图。第i行的N₁进制序列为第i个用户的外码码字序列。

表2：外码码字结构示意表

3、依据用户的外码码字，结合内码码本集合，将每个外码用其内码码本序列代替，构建(l₁*l₂，N)_q指纹码，码长为l₁*l₂，码字进制为q。表3为用户i的指纹码构造示意图。

表3：用户码字构造示意表

下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明：

在压缩视频流中，各个GOP之间是相互独立的。基于这一特点，我们将级联指纹码结构与视频编码结构相结合，提出基于视频GOP的用户拷贝快速生成方法。该方法主要包括两部分：母拷贝生成方法和用户拷贝生成方法。母拷贝生成方法是用户拷贝生成方法的基础，目的是生成用于快速组合用户拷贝的视频源；用户拷贝生成方法是在需要生成用户拷贝时，根据用户指纹的外码码字，直接从母拷贝视频流中提取外码码字对应的GOP，拼接来自各个母拷贝视频源的GOP，生成用户拷贝。

本发明提供的方法具体包括以下步骤：

1、母拷贝生成步骤

母拷贝生成技术是为了实现快速用户拷贝生成，提前准备好包含所有嵌入信息的源视频拷贝。方法基本原理：生成N₁个视频源文件，每个源视频文件的生成是对原始YUV视频文件进行视频压缩编码，在对I帧编码时采用数字水印技术嵌入该源文件对应的内码序列，生成含有内码的视频母拷贝文件；并针对各个母拷贝，记录了母拷贝中每一个GOP的起始地址和结束地址，生成对应的GOP地址文件。图3是母拷贝生成方法的原理示意图。

图3中每一行代表一个母拷贝，母拷贝序号从M₁、M₂、M₃…M_i…直到M_N1，每个母拷贝都由文件头和若干个GOP共同构成。每个GOP中包含有一个I帧，若干个B帧和P帧。其中，我们在序号1的母拷贝的各个GOP的I帧中嵌入了相同的指纹序列w₁(即对应外码1的内码指纹序列)，表示为I+w₁；以此类推，我们在序号为i的母拷贝的各个GOP的I帧中嵌入了相同的指纹序列w_i(即对应外码i的内码指纹序列)，表示为I+w_i，直到母拷贝M_N1。

该步骤进一步包括以下步骤：

①根据级联指纹码外码的进制N₁，生成N₁个母拷贝源文件

②第i个母拷贝源文件的生成方法：如表3所示，对原始视频采用MPEG2、MPEG4、H264或AVS等视频压缩编码方法进行视频压缩，在对选定的I帧编码时，采用数字水印技术嵌入技术，嵌入级联指纹码的第i个内码序列。(具体的水印嵌入方法可由用户根据水印要求自主选定，如采用在空间域或者DCT变换域进行水印信息的嵌入。)

③依次依照步骤②生成N₁个母拷贝源文件每个源文件中嵌入了一组内码序列；

④为每个母拷贝生成母拷贝GOP地址文件，在该文件中记录该母拷贝中各个GOP的起始地址和结束地址，具体方法：在每个视频母拷贝中，寻找I帧的起始标志(如在MPEG2中为0x000x000x010xB8)，记录各个I帧的起始地址，即为各个GOP的起始地址；记录各个I帧起始位置的前一个字节地址，即为上一个GOP的结束地址。

2、用户拷贝生成步骤

用户拷贝生成是为每个用户生成嵌入该用户唯一指纹码的视频拷贝。方法基本原理：根据用户的外码序列，依次从每个外码对应的母拷贝中提取对应的图像块组GOP，对各个GOP进行拼接组合，生成用户拷贝。方法示意如图4所示。

图4中，母拷贝集合图即为图3。生成用户指纹外码W_j后，根据用户指纹外码，找到对应母拷贝的对应GOP进行复制。例如，当用户指纹外码为2时，找到母拷贝M₂对应位置的GOP复制到用户拷贝对应的位置中，当用户指纹外码为i时，找到母拷贝M_i对应位置的GOP复制到用户拷贝对应的位置中。最终拼合，生成用户拷贝Y_j。

假定用户u_j的外码为W_j＝{w_ij}，其中0≤i≤l₂，w_ij∈{0，N₁-1}。用户拷贝生成方法步骤如下：

①根据用户u_j的第一个外码码字w_1j，选择第w_1j个母拷贝序列的第1个GOP块组。将其拷贝到用户u_j的用户拷贝中。

②依次根据用户u_j的外码，提取对应母拷贝中的GOP分组，如对于第i个外码w_ij，根据其值，选择第w_ij个母拷贝序列的第i个GOP块组。将该GOP块组拼接到用户拷贝中。

③完成整个用户拷贝视频文件的拼接，生成用户视频拷贝。

本发明技术通过提前准备母拷贝数据，将生成用户视频拷贝的时间从每生成一个视频就编码一次的时间降低到复制一个视频的时间。从而可实现在短时间内快速生成大量视频拷贝，可适用于面向大规模用户的网上音像作品的实时分发。

以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，有关技术领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变型，因此所有等同的技术方案，都落入本发明的保护范围。