基于視頻指紋的視頻內(nèi)容安全播出控制研究

［劉曉玲 張萍］

基于視頻指紋的視頻內(nèi)容安全播出控制研究

［劉曉玲 張萍］

隨著法律對(duì)公眾服務(wù)平臺(tái)的視頻內(nèi)容合法性要求的嚴(yán)格化，視頻服務(wù)云平臺(tái)對(duì)視頻內(nèi)容合法性檢測(cè)是一個(gè)迫切需要解決的問題。為解決視頻安全播出，防止視頻被篡改和替換的問題，文章除了提出一種快速生成視頻指紋用于安全播出驗(yàn)證的方法，并基于該方法設(shè)計(jì)了一個(gè)視頻內(nèi)容安全播出控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可適用于高并發(fā)下的云服務(wù)平臺(tái)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)與上層的云服務(wù)應(yīng)用的無縫集成。

視頻指紋 視頻內(nèi)容安全 播主控制 云服務(wù)

劉曉玲

2007年碩士畢業(yè)于中山大學(xué),現(xiàn)就職于中國電信股份有限公司廣東研究院，研究方向：視頻編解碼算法、視頻云轉(zhuǎn)碼，云計(jì)算。

張萍

碩士，中國電信股份有限公司廣東研究院，工程師，研究方向：視頻編解碼算法、互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、云計(jì)算。

引言

隨著法律對(duì)公眾服務(wù)平臺(tái)的視頻內(nèi)容合法性要求的嚴(yán)格化，視頻服務(wù)云平臺(tái)對(duì)視頻內(nèi)容合法性檢測(cè)是一個(gè)迫切需要解決的問題。在云平臺(tái)中，視頻都需要存儲(chǔ)在云端的服務(wù)器上，這些數(shù)據(jù)是純粹的可播放的視頻數(shù)據(jù)。由此帶來一個(gè)內(nèi)容安全的問題：如果云端服務(wù)器被黑客攻破，只要替換云端服務(wù)器存儲(chǔ)的視頻文件，就可以輸出被替換的內(nèi)容，這將帶來很大的內(nèi)容安全隱患。為解決視頻安全播出，防止視頻被篡改和替換的問題，本文提出一種基于視頻內(nèi)容抽樣加密生成視頻指紋進(jìn)行內(nèi)容安全驗(yàn)證的方法，可以快速檢測(cè)文件被替換的問題，并基于該方法設(shè)計(jì)了一個(gè)視頻內(nèi)容安全播出控制系統(tǒng)。

1 背景技術(shù)

1.1 對(duì)視頻的訪問請(qǐng)求的合法性檢查

對(duì)視頻的訪問請(qǐng)求的合法性檢查，目前廣泛采用的技術(shù)包括referer反盜鏈、鏈接簽名、url加密、session校驗(yàn)等。Referer反盜鏈方式下，服務(wù)器通過獲取用戶提交信息的網(wǎng)站地址進(jìn)行判斷是否合法用戶；鏈接簽名和URL加密則是通過在訪問鏈接中，以參數(shù)的形式提供加密信息供服務(wù)器進(jìn)行判斷；Session校驗(yàn)則是根據(jù)訪問的上下文中的session信息進(jìn)行。這些技術(shù)中，用于驗(yàn)證的信息都是包含在用戶提供的請(qǐng)求的特定字段中。這些技術(shù)主要用于對(duì)訪問的請(qǐng)求者的有效性進(jìn)行驗(yàn)證，不涉及視頻文件內(nèi)容的驗(yàn)證。

1.2 對(duì)視頻的內(nèi)容的合法性檢查

對(duì)視頻內(nèi)容的合法性的檢查，主要是對(duì)視頻內(nèi)容生成的特征值以及用戶秘鑰等信息進(jìn)行驗(yàn)證，主要技術(shù)包括視頻簽名、視頻水印和視頻指紋[1]等。

視頻簽名和視頻水印，要求內(nèi)容提供方必須對(duì)視頻進(jìn)行預(yù)處理，如提取摘要或嵌入驗(yàn)證信息，還要由內(nèi)容提供方、取證方及可能存在的第三方可信賴機(jī)構(gòu)，在共享算法和密鑰的前提下進(jìn)行取證。DRM[2]技術(shù)就是一種為了保護(hù)數(shù)字媒體的版權(quán)而提出的數(shù)字簽名技術(shù)。因其驗(yàn)證過程需要第三方機(jī)構(gòu)，在網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)容易帶來許可證損壞等問題，給用戶帶來了使用上的困難。而實(shí)際上在應(yīng)用中，由于DRM技術(shù)并不能真正確保文件不被盜版，提供音樂下載的蘋果公司及華納音樂集團(tuán)等公司都已不再提供帶DRM的音樂。

視頻指紋，表示視頻內(nèi)容的內(nèi)在本質(zhì)屬性，可唯一地標(biāo)識(shí)一段視頻序列。視頻指紋技術(shù)可以用于防止視頻被篡改[3]，也可以用于檢查視頻中包含的盜版、違禁內(nèi)容。一個(gè)好的視頻指紋，通常包括如下特征[4]：

（1）魯棒性：對(duì)同一媒體的不同變化具有唯一性，也即對(duì)有損壓縮算法具有魯棒性，以保證低誤檢率。

（2）獨(dú)立性：對(duì)不同視頻具有強(qiáng)可分性，即按照同一算法，對(duì)不同的視頻文件生成的指紋應(yīng)該有較大差別。

（3）搜索高效性：指紋數(shù)量小，且易于做高速匹配算法。

2 一種快速采樣加密生成視頻指紋的方法

由于提供視頻播放服務(wù)的云平臺(tái)，具有高并發(fā)性和上層應(yīng)用多樣性的特點(diǎn)，對(duì)視頻安全播出的檢查方法性能要求高。一方面云平臺(tái)存在海量視頻，數(shù)據(jù)量大，面向用戶多，視頻播放的并發(fā)性高，處理壓力大。另一方面作為底層視頻服務(wù)，其上層應(yīng)用形式多樣，因此需要做到無縫連接，易集成，免裝定制播放器。因此，本文采用一種快速采樣加密生成視頻指紋的方法，通過比對(duì)視頻指紋，進(jìn)行視頻安全驗(yàn)證。

快速生成視頻指紋的方法描述如下：

（1）采用視頻抽樣，快速獲取視頻片段的抽樣位置，讀取樣本數(shù)據(jù)。

（2）對(duì)抽樣算法進(jìn)行快速加密，生成唯一性的視頻指紋。

在抽樣定位的算法的選擇上，抽樣模式必須具備相當(dāng)?shù)姆烙平獾哪芰?，同時(shí)也必須滿足性能問題。本文采用雙向斐波那契數(shù)列尋址，采用中段位獲得8個(gè)采樣地址。斐波那契數(shù)列的數(shù)值可通過加法運(yùn)行獲得，運(yùn)算速度快。在加密方式的選擇上，主要考慮性能問題，采用輕量級(jí)的快速XXTEA算法，可有效降低對(duì)視頻服務(wù)性能的影響。

算法示意圖如圖1。

圖1 快速視頻指紋生成算法

該方法運(yùn)算速度快，對(duì)視頻服務(wù)性能影響小，可用于高并發(fā)云服務(wù)環(huán)境下視頻被播放前進(jìn)行的校驗(yàn)，有效防止文件被篡改或替換。

3 基于視頻指紋的視頻安全播出控制系統(tǒng)

基于快速采樣加密生成視頻指紋的方法，一個(gè)視頻安全播出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2，包括以下三個(gè)主要部分：

圖2 基于視頻指紋的視頻安全播出控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（1）視頻指紋生成模塊

根據(jù)快速生成視頻指紋的方法，對(duì)合法視頻文件進(jìn)行快速抽樣，再快速生成視頻指紋，將視頻指紋嵌入到文件名稱中。該方法可與轉(zhuǎn)碼引擎集成，通過轉(zhuǎn)碼參數(shù)配置功能啟用/關(guān)閉；也作為獨(dú)立操作，可對(duì)已有的視頻文件進(jìn)行處理。

（2）視頻指紋校驗(yàn)?zāi)K

該模塊集成于web服務(wù)中。在視頻文件被請(qǐng)求播放時(shí)，采用同樣的快速生成視頻指紋的方法獲取被請(qǐng)求的文件的視頻指紋，與視頻名稱中的視頻指紋進(jìn)行對(duì)比。若不相同則發(fā)出警告，終止web傳輸。以NGINX作為Web服務(wù)提供者為例，可將視頻指紋校驗(yàn)?zāi)K作為NGINX的內(nèi)嵌module進(jìn)行編譯，與NGINX的web傳輸服務(wù)在核心層集成。

（3）日志管理

記錄、跟蹤系統(tǒng)運(yùn)行使用，監(jiān)控系統(tǒng)運(yùn)行及安全異常，并且及時(shí)發(fā)出告警。

4 結(jié)束語

隨著視頻業(yè)務(wù)的推廣，特別是公眾直播平臺(tái)的快速發(fā)展，視頻內(nèi)容合法性驗(yàn)證的重要性日趨明顯。本文提出的基于快速采樣加密生成視頻指紋的方法，及基于該方法的視頻安全播出控制系統(tǒng)，具備計(jì)算速度快，性能損耗小的特點(diǎn)，并且可與上層應(yīng)用無縫連接，不額外增加視頻應(yīng)用的集成難度，可方便應(yīng)用視頻云服務(wù)平臺(tái)中，提供視頻安全播出檢查功能，以防止視頻文件被替換或篡改。

1 聶秀山,劉琚,孫建德.基于二叉樹和隨機(jī)鄰域嵌入的視頻指紋算法.電子學(xué)報(bào),2013,41(12):2410～2415

2 DRM.百度百科.http://baike.baidu.com/link?url=jbe4E16 EVW-ZIlTIdjsdsocdWOPNvuVMIDkrAi9q19jpWiere-PAOJZ-10lsrvf1jEZK-IQrEZp4qf4sdMbguq 2016.3

3 田一添,孫錢鋒,蔣興浩.基于指紋的H_264視頻內(nèi)容認(rèn)證方法研究.計(jì)算機(jī)科學(xué),2012 ,29(1):66～68

4 惠雯,趙海英,林闖,楊揚(yáng).基于內(nèi)容的視頻取證研究.計(jì)算機(jī)科學(xué),2012 ,29(1):27-31

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.11.003

（2016-10-21）