分析基于mpcg視頻水印的數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)研究

黃 憶

1.廣東省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司佛山分公司，廣東佛山 528000

2.廣東省第七批援藏工作隊、中共林芝地委宣傳部中國西藏林芝網(wǎng)管理中心，西藏林芝 860000

當(dāng)前，中國廣播電視正經(jīng)歷著一場前所未有的變革，廣播電視正由模擬向數(shù)字化過渡，由單向廣播向交互式轉(zhuǎn)變。隨著數(shù)字電視技術(shù)的不斷發(fā)展，以及“三網(wǎng)融合”速度的加快，使我國的數(shù)字廣播事業(yè)擁有廣闊的發(fā)展前景。機(jī)遇存在的同時，也使廣電運(yùn)營商面臨許多挑戰(zhàn)。現(xiàn)階段，我國的數(shù)字電視視頻版權(quán)受到侵犯的情況比較嚴(yán)重，如何有效保護(hù)數(shù)字電視的視頻版權(quán)，成為數(shù)字電視發(fā)展中的一大難題。

1 關(guān)于mpeg視頻水印技術(shù)

視頻水印技術(shù)，從根本上來說，就是一種信息隱藏技術(shù)。在古代，我國有一種密寫術(shù)，這種古老的密寫術(shù)就是視頻水印技術(shù)的思想淵源。在古代希臘，希臘人把比較重要的軍事情報刻在木板上，然后用石蠟將其填平，模板加熱，石蠟融化以后，就可以看到木板上隱藏著的密信。

視頻水印技術(shù)指的就是用數(shù)字信號處理的方法，在視頻數(shù)據(jù)的冗余信息中，嵌入版權(quán)標(biāo)記，且不能夠影響到原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量，但人們無法感知到水印的存在，通過水印檢測器，才能夠檢測出隱藏的數(shù)字水印信息。

而mpeg視頻水印技術(shù)是視頻水印技術(shù)的一種，它是基于壓縮域的一種視頻水印算法，只要進(jìn)行了相應(yīng)的熵解和形成碼編碼，便可以直接運(yùn)用到VLC域中。

2 基于mpeg視頻水印技術(shù)的原理

2.1 基于mpeg視頻水印的數(shù)學(xué)模型分析

在工程應(yīng)用數(shù)學(xué)中，判斷兩個信號之間是否有相似性，常用的方法是探討兩者之間的相關(guān)系數(shù)。我們知道，基于mpeg的視頻水印的嵌入和提取其實都是一種信號。因此，我們就可以得到兩者之間的相關(guān)數(shù)學(xué)模型：

NC=∑i=0X(i)Y(i)∑0M-1X2(i)Y2(i)

在這個式子中，X(i)代表的是嵌入的水印信號，Y(i)指的是提取的水印信號，M則表示的是水印容量。

2.2 基于mpeg視頻水印的嵌入和提取分析

中國數(shù)字電視的信號傳輸采用的是歐洲的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，因此本文主要探討的基于mpeg視頻水印的嵌入和提取。

現(xiàn)階段，根據(jù)原始的數(shù)據(jù)能不能夠被壓縮，視頻水印的嵌入和提取可分為三種不同的策略。第一種策略是將原始的視頻數(shù)據(jù)通過編碼器傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，第二種是通過視頻傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，第三種是將原始數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)。在這三種策略當(dāng)中，第一種策略目前得到了廣泛的應(yīng)用，主要是由于其不需要完全解碼以及再編碼，而且它的計算不是特別發(fā)復(fù)雜。

其中，基于mpeg視頻水印屬于第二種策略。和另外兩種策略相比，它增加了一個環(huán)節(jié)，也就是數(shù)字電視節(jié)目顯示之前的核對和審查，從而確保了數(shù)字電視節(jié)目的版權(quán)，打擊非法數(shù)字電視節(jié)目。

3 基于mpeg視頻水印的數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)模型

數(shù)字電視的監(jiān)控系統(tǒng)是主動式的，它由六大模塊組成，這六大模塊分別是：第一，節(jié)目注冊與審查模塊；第二，節(jié)目審查中心；第三，電子許可證嵌入模塊；第四，信號的處理模塊；第四，數(shù)字水印的提取和判決模塊；第五，報警模塊；第六，顯示控制模塊。

數(shù)字電視節(jié)目的制作商在發(fā)行節(jié)目以前，要先進(jìn)行節(jié)目的注冊，通過節(jié)目審查后方可進(jìn)行節(jié)目的發(fā)行。這里有兩種情況，一種是節(jié)目是第一次送審，則系統(tǒng)會自動授權(quán)審查結(jié)構(gòu)對報送的節(jié)目進(jìn)行審查；如果是二次送審的節(jié)目，也就意味著節(jié)目已注冊過該系統(tǒng)，則系統(tǒng)會直接手段審查機(jī)構(gòu)對該節(jié)目進(jìn)行審查。無論是第一次送審的節(jié)目，還是重審的節(jié)目，只要通過審查，節(jié)目審查中心就可以對其下發(fā)不可偽造的電子許可證和密鑰。

節(jié)目的電子許可證需嵌入電子許可證嵌入模塊，嵌入之后，數(shù)字電視節(jié)目的版權(quán)所有者或者是電視節(jié)目的制作商就可以委托發(fā)行機(jī)構(gòu)對節(jié)目進(jìn)行發(fā)行。在節(jié)目的接受終端，節(jié)目成功接受以后，電視節(jié)目信號處理模塊對接收到的數(shù)字電視節(jié)目信號進(jìn)行相應(yīng)的解碼。

數(shù)字電視水印提取和判斷模塊，負(fù)責(zé)從數(shù)字電視節(jié)目信號中提取數(shù)字水印，利用提取出來的數(shù)字水印，和電子許可證進(jìn)行對比，進(jìn)而可以判斷出數(shù)字電視節(jié)目中有沒有嵌入電子許可證。視頻水印就是利用這種相關(guān)性來判斷數(shù)字電視節(jié)目的信號，從而實現(xiàn)對數(shù)字電視節(jié)目的全天候監(jiān)控。而報警模塊的功能則是，如果一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)字電視節(jié)目沒有嵌入電子許可證，就把信息發(fā)送到審查中心，由審查中心負(fù)責(zé)存貯，作為將來追求節(jié)目所有者或者是發(fā)行商法律責(zé)任的依據(jù)。

當(dāng)前的監(jiān)測機(jī)制其實更側(cè)重于”事后懲戒“，是一種比較被動的監(jiān)測機(jī)制，而本系統(tǒng)則實現(xiàn)了監(jiān)控系統(tǒng)的升級，因為它采用的是一種雙管齊下的策略：在數(shù)字電視節(jié)目發(fā)行之前，審查中心須對報送節(jié)目的電子嵌入卡進(jìn)行審查；而在節(jié)目的接受終端，在節(jié)目現(xiàn)實之前，系統(tǒng)也會主動對數(shù)字電視節(jié)目進(jìn)行實時的審查與監(jiān)控。因此，相比現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng)，基于mpeg視頻水印的數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)也就有了兩點優(yōu)勢，一是它保證了只有那些通過了審查的節(jié)目才能顯示，二是它為打擊非法節(jié)目的播放提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。

電子許可證嵌入到數(shù)字電視節(jié)目中以后，可以與節(jié)目融為一體。為了確保電子許可證的安全，可以根據(jù)需要，在節(jié)目播出以前，對電子許可證進(jìn)行加密處理，在提出視頻水印時才用解密嵌入的電子許可證。這也充分說明，電子許可證是不可以偽造的。

4 數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)的實驗

在下圖中，我們可以清晰地看到上述算法中的視頻水印嵌入模塊以及視頻水印的提取模塊的運(yùn)行界面。在數(shù)字電力監(jiān)控系統(tǒng)當(dāng)中，這兩個模塊是核心，是比較關(guān)鍵的部分。

5 結(jié)論

數(shù)字電視越來越普及，把視頻水印技術(shù)應(yīng)用到數(shù)字電視中，可以有效保護(hù)數(shù)字電視的視頻版權(quán)，確保數(shù)字媒體的安全穩(wěn)定播出。視頻水印技術(shù)是目前公認(rèn)的能夠保護(hù)數(shù)字電視視頻版權(quán)的最有效的技術(shù)手段之一。本文在視頻水印的算法方面實現(xiàn)了新突破，成功進(jìn)實現(xiàn)了DNW算法。同時，筆者還設(shè)計出了基于mpeg的嵌入模塊和提取模塊。此外，筆者提出的數(shù)字電視監(jiān)控系統(tǒng)，可以有效克服當(dāng)前系統(tǒng)的弱點，提高數(shù)字電視監(jiān)控的水平。

[1]劉俊，盧燕明.視頻水印技術(shù)在數(shù)字電視監(jiān)測中的應(yīng)用[J].電視技術(shù)（數(shù)字視頻），2012(10).