［劉曉玲 張萍］

基于視頻指紋的視頻內容安全播出控制研究

［劉曉玲 張萍］

隨著法律對公眾服務平臺的視頻內容合法性要求的嚴格化，視頻服務云平臺對視頻內容合法性檢測是一個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證的方法，并基于該方法設計了一個視頻內容安全播出控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)可適用于高并發(fā)下的云服務平臺環(huán)境，實現(xiàn)與上層的云服務應用的無縫集成。

視頻指紋 視頻內容安全 播主控制 云服務

劉曉玲

2007年碩士畢業(yè)于中山大學,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、視頻云轉碼，云計算。

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)網應用、云計算。

引言

隨著法律對公眾服務平臺的視頻內容合法性要求的嚴格化，視頻服務云平臺對視頻內容合法性檢測是一個迫切需要解決的問題。在云平臺中，視頻都需要存儲在云端的服務器上，這些數(shù)據是純粹的可播放的視頻數(shù)據。由此帶來一個內容安全的問題：如果云端服務器被黑客攻破，只要替換云端服務器存儲的視頻文件，就可以輸出被替換的內容，這將帶來很大的內容安全隱患。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容抽樣加密生成視頻指紋進行內容安全驗證的方法，可以快速檢測文件被替換的問題，并基于該方法設計了一個視頻內容安全播出控制系統(tǒng)。

1 背景技術

1.1 對視頻的訪問請求的合法性檢查

對視頻的訪問請求的合法性檢查，目前廣泛采用的技術包括referer反盜鏈、鏈接簽名、url加密、session校驗等。Referer反盜鏈方式下，服務器通過獲取用戶提交信息的網站地址進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器進行判斷；Session校驗則是根據訪問的上下文中的session信息進行。這些技術中，用于驗證的信息都是包含在用戶提供的請求的特定字段中。這些技術主要用于對訪問的請求者的有效性進行驗證，不涉及視頻文件內容的驗證。

1.2 對視頻的內容的合法性檢查

對視頻內容的合法性的檢查，主要是對視頻內容生成的特征值以及用戶秘鑰等信息進行驗證，主要技術包括視頻簽名、視頻水印和視頻指紋[1]等。

視頻簽名和視頻水印，要求內容提供方必須對視頻進行預處理，如提取摘要或嵌入驗證信息，還要由內容提供方、取證方及可能存在的第三方可信賴機構，在共享算法和密鑰的前提下進行取證。DRM[2]技術就是一種為了保護數(shù)字媒體的版權而提出的數(shù)字簽名技術。因其驗證過程需要第三方機構，在網絡不穩(wěn)定時容易帶來許可證損壞等問題，給用戶帶來了使用上的困難。而實際上在應用中，由于DRM技術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等公司都已不再提供帶DRM的音樂。

視頻指紋，表示視頻內容的內在本質屬性，可唯一地標識一段視頻序列。視頻指紋技術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、違禁內容。一個好的視頻指紋，通常包括如下特征[4]：

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

（2）獨立性：對不同視頻具有強可分性，即按照同一算法，對不同的視頻文件生成的指紋應該有較大差別。

（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的云平臺，具有高并發(fā)性和上層應用多樣性的特點，對視頻安全播出的檢查方法性能要求高。一方面云平臺存在海量視頻，數(shù)據量大，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，其上層應用形式多樣，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，通過比對視頻指紋，進行視頻安全驗證。

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。

（2）對抽樣算法進行快速加密，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?shù)姆烙平獾哪芰?，同時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個采樣地址。斐波那契數(shù)列的數(shù)值可通過加法運行獲得，運算速度快。在加密方式的選擇上，主要考慮性能問題，采用輕量級的快速XXTEA算法，可有效降低對視頻服務性能的影響。

算法示意圖如圖1。

圖1 快速視頻指紋生成算法

該方法運算速度快，對視頻服務性能影響小，可用于高并發(fā)云服務環(huán)境下視頻被播放前進行的校驗，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，一個視頻安全播出控制系統(tǒng)結構如圖2，包括以下三個主要部分：

圖2 基于視頻指紋的視頻安全播出控制系統(tǒng)結構

（1）視頻指紋生成模塊

根據快速生成視頻指紋的方法，對合法視頻文件進行快速抽樣，再快速生成視頻指紋，將視頻指紋嵌入到文件名稱中。該方法可與轉碼引擎集成，通過轉碼參數(shù)配置功能啟用/關閉；也作為獨立操作，可對已有的視頻文件進行處理。

（2）視頻指紋校驗模塊

該模塊集成于web服務中。在視頻文件被請求播放時，采用同樣的快速生成視頻指紋的方法獲取被請求的文件的視頻指紋，與視頻名稱中的視頻指紋進行對比。若不相同則發(fā)出警告，終止web傳輸。以NGINX作為Web服務提供者為例，可將視頻指紋校驗模塊作為NGINX的內嵌module進行編譯，與NGINX的web傳輸服務在核心層集成。

（3）日志管理

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

4 結束語

隨著視頻業(yè)務的推廣，特別是公眾直播平臺的快速發(fā)展，視頻內容合法性驗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)，具備計算速度快，性能損耗小的特點，并且可與上層應用無縫連接，不額外增加視頻應用的集成難度，可方便應用視頻云服務平臺中，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.基于二叉樹和隨機鄰域嵌入的視頻指紋算法.電子學報,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視頻內容認證方法研究.計算機科學,2012 ,29(1):66～68

4 惠雯,趙海英,林闖,楊揚.基于內容的視頻取證研究.計算機科學,2012 ,29(1):27-31

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.11.003

（2016-10-21）