分析基于mpcg視頻水印的數字電視監控系統研究

黃 憶

1.廣東省廣播電視網絡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管理中心，西藏林芝 860000

當前，中國廣播電視正經歷著一場前所未有的變革，廣播電視正由模擬向數字化過渡，由單向廣播向交互式轉變。隨著數字電視技術的不斷發展，以及“三網融合”速度的加快，使我國的數字廣播事業擁有廣闊的發展前景。機遇存在的同時，也使廣電運營商面臨許多挑戰。現階段，我國的數字電視視頻版權受到侵犯的情況比較嚴重，如何有效保護數字電視的視頻版權，成為數字電視發展中的一大難題。

1 關于mpeg視頻水印技術

視頻水印技術，從根本上來說，就是一種信息隱藏技術。在古代，我國有一種密寫術，這種古老的密寫術就是視頻水印技術的思想淵源。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。

視頻水印技術指的就是用數字信號處理的方法，在視頻數據的冗余信息中，嵌入版權標記，且不能夠影響到原始數據的質量，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字水印信息。

而mpeg視頻水印技術是視頻水印技術的一種，它是基于壓縮域的一種視頻水印算法，只要進行了相應的熵解和形成碼編碼，便可以直接運用到VLC域中。

2 基于mpeg視頻水印技術的原理

2.1 基于mpeg視頻水印的數學模型分析

在工程應用數學中，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系數。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數學模型：

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

中國數字電視的信號傳輸采用的是歐洲的相關標準，因此本文主要探討的基于mpeg視頻水印的嵌入和提取。

現階段，根據原始的數據能不能夠被壓縮，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據通過編碼器傳輸到網絡上，第二種是通過視頻傳輸到網絡上，第三種是將原始數據直接傳輸到網絡。在這三種策略當中，第一種策略目前得到了廣泛的應用，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復雜。

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，它增加了一個環節，也就是數字電視節目顯示之前的核對和審查，從而確保了數字電視節目的版權，打擊非法數字電視節目。

3 基于mpeg視頻水印的數字電視監控系統模型

數字電視的監控系統是主動式的，它由六大模塊組成，這六大模塊分別是：第一，節目注冊與審查模塊；第二，節目審查中心；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。

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

節目的電子許可證需嵌入電子許可證嵌入模塊，嵌入之后，數字電視節目的版權所有者或者是電視節目的制作商就可以委托發行機構對節目進行發行。在節目的接受終端，節目成功接受以后，電視節目信號處理模塊對接收到的數字電視節目信號進行相應的解碼。

數字電視水印提取和判斷模塊，負責從數字電視節目信號中提取數字水印，利用提取出來的數字水印，和電子許可證進行對比，進而可以判斷出數字電視節目中有沒有嵌入電子許可證。視頻水印就是利用這種相關性來判斷數字電視節目的信號，從而實現對數字電視節目的全天候監控。而報警模塊的功能則是，如果一旦發現數字電視節目沒有嵌入電子許可證，就把信息發送到審查中心，由審查中心負責存貯，作為將來追求節目所有者或者是發行商法律責任的依據。

當前的監測機制其實更側重于”事后懲戒“，是一種比較被動的監測機制，而本系統則實現了監控系統的升級，因為它采用的是一種雙管齊下的策略：在數字電視節目發行之前，審查中心須對報送節目的電子嵌入卡進行審查；而在節目的接受終端，在節目現實之前，系統也會主動對數字電視節目進行實時的審查與監控。因此，相比現有的監控系統，基于mpeg視頻水印的數字電視監控系統也就有了兩點優勢，一是它保證了只有那些通過了審查的節目才能顯示，二是它為打擊非法節目的播放提供了強有力的證據。

電子許可證嵌入到數字電視節目中以后，可以與節目融為一體。為了確保電子許可證的安全，可以根據需要，在節目播出以前，對電子許可證進行加密處理，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 數字電視監控系統的實驗

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行界面。在數字電力監控系統當中，這兩個模塊是核心，是比較關鍵的部分。

5 結論

數字電視越來越普及，把視頻水印技術應用到數字電視中，可以有效保護數字電視的視頻版權，確保數字媒體的安全穩定播出。視頻水印技術是目前公認的能夠保護數字電視視頻版權的最有效的技術手段之一。本文在視頻水印的算法方面實現了新突破，成功進實現了DNW算法。同時，筆者還設計出了基于mpeg的嵌入模塊和提取模塊。此外，筆者提出的數字電視監控系統，可以有效克服當前系統的弱點，提高數字電視監控的水平。

[1]劉俊，盧燕明.視頻水印技術在數字電視監測中的應用[J].電視技術（數字視頻），2012(10).