基于视频指纹的视频内容安全播出控制研究

［刘晓玲 张萍］

基于视频指纹的视频内容安全播出控制研究

［刘晓玲 张萍］

随着法律对公众服务平台的视频内容合法性要求的严格化，视频服务云平台对视频内容合法性检测是一个迫切需要解决的问题。为解决视频安全播出，防止视频被篡改和替换的问题，文章除了提出一种快速生成视频指纹用于安全播出验证的方法，并基于该方法设计了一个视频内容安全播出控制系统。该系统可适用于高并发下的云服务平台环境，实现与上层的云服务应用的无缝集成。

视频指纹 视频内容安全 播主控制 云服务

刘晓玲

2007年硕士毕业于中山大学,现就职于中国电信股份有限公司广东研究院，研究方向：视频编解码算法、视频云转码，云计算。

张萍

硕士，中国电信股份有限公司广东研究院，工程师，研究方向：视频编解码算法、互联网应用、云计算。

引言

随着法律对公众服务平台的视频内容合法性要求的严格化，视频服务云平台对视频内容合法性检测是一个迫切需要解决的问题。在云平台中，视频都需要存储在云端的服务器上，这些数据是纯粹的可播放的视频数据。由此带来一个内容安全的问题：如果云端服务器被黑客攻破，只要替换云端服务器存储的视频文件，就可以输出被替换的内容，这将带来很大的内容安全隐患。为解决视频安全播出，防止视频被篡改和替换的问题，本文提出一种基于视频内容抽样加密生成视频指纹进行内容安全验证的方法，可以快速检测文件被替换的问题，并基于该方法设计了一个视频内容安全播出控制系统。

1 背景技术

1.1 对视频的访问请求的合法性检查

对视频的访问请求的合法性检查，目前广泛采用的技术包括referer反盗链、链接签名、url加密、session校验等。Referer反盗链方式下，服务器通过获取用户提交信息的网站地址进行判断是否合法用户；链接签名和URL加密则是通过在访问链接中，以参数的形式提供加密信息供服务器进行判断；Session校验则是根据访问的上下文中的session信息进行。这些技术中，用于验证的信息都是包含在用户提供的请求的特定字段中。这些技术主要用于对访问的请求者的有效性进行验证，不涉及视频文件内容的验证。

1.2 对视频的内容的合法性检查

对视频内容的合法性的检查，主要是对视频内容生成的特征值以及用户秘钥等信息进行验证，主要技术包括视频签名、视频水印和视频指纹[1]等。

视频签名和视频水印，要求内容提供方必须对视频进行预处理，如提取摘要或嵌入验证信息，还要由内容提供方、取证方及可能存在的第三方可信赖机构，在共享算法和密钥的前提下进行取证。DRM[2]技术就是一种为了保护数字媒体的版权而提出的数字签名技术。因其验证过程需要第三方机构，在网络不稳定时容易带来许可证损坏等问题，给用户带来了使用上的困难。而实际上在应用中，由于DRM技术并不能真正确保文件不被盗版，提供音乐下载的苹果公司及华纳音乐集团等公司都已不再提供带DRM的音乐。

视频指纹，表示视频内容的内在本质属性，可唯一地标识一段视频序列。视频指纹技术可以用于防止视频被篡改[3]，也可以用于检查视频中包含的盗版、违禁内容。一个好的视频指纹，通常包括如下特征[4]：

（1）鲁棒性：对同一媒体的不同变化具有唯一性，也即对有损压缩算法具有鲁棒性，以保证低误检率。

（2）独立性：对不同视频具有强可分性，即按照同一算法，对不同的视频文件生成的指纹应该有较大差别。

（3）搜索高效性：指纹数量小，且易于做高速匹配算法。

2 一种快速采样加密生成视频指纹的方法

由于提供视频播放服务的云平台，具有高并发性和上层应用多样性的特点，对视频安全播出的检查方法性能要求高。一方面云平台存在海量视频，数据量大，面向用户多，视频播放的并发性高，处理压力大。另一方面作为底层视频服务，其上层应用形式多样，因此需要做到无缝连接，易集成，免装定制播放器。因此，本文采用一种快速采样加密生成视频指纹的方法，通过比对视频指纹，进行视频安全验证。

快速生成视频指纹的方法描述如下：

（1）采用视频抽样，快速获取视频片段的抽样位置，读取样本数据。

（2）对抽样算法进行快速加密，生成唯一性的视频指纹。

在抽样定位的算法的选择上，抽样模式必须具备相当的防御破解的能力，同时也必须满足性能问题。本文采用双向斐波那契数列寻址，采用中段位获得8个采样地址。斐波那契数列的数值可通过加法运行获得，运算速度快。在加密方式的选择上，主要考虑性能问题，采用轻量级的快速XXTEA算法，可有效降低对视频服务性能的影响。

算法示意图如图1。

图1 快速视频指纹生成算法

该方法运算速度快，对视频服务性能影响小，可用于高并发云服务环境下视频被播放前进行的校验，有效防止文件被篡改或替换。

3 基于视频指纹的视频安全播出控制系统

基于快速采样加密生成视频指纹的方法，一个视频安全播出控制系统结构如图2，包括以下三个主要部分：

图2 基于视频指纹的视频安全播出控制系统结构

（1）视频指纹生成模块

根据快速生成视频指纹的方法，对合法视频文件进行快速抽样，再快速生成视频指纹，将视频指纹嵌入到文件名称中。该方法可与转码引擎集成，通过转码参数配置功能启用/关闭；也作为独立操作，可对已有的视频文件进行处理。

（2）视频指纹校验模块

该模块集成于web服务中。在视频文件被请求播放时，采用同样的快速生成视频指纹的方法获取被请求的文件的视频指纹，与视频名称中的视频指纹进行对比。若不相同则发出警告，终止web传输。以NGINX作为Web服务提供者为例，可将视频指纹校验模块作为NGINX的内嵌module进行编译，与NGINX的web传输服务在核心层集成。

（3）日志管理

记录、跟踪系统运行使用，监控系统运行及安全异常，并且及时发出告警。

4 结束语

随着视频业务的推广，特别是公众直播平台的快速发展，视频内容合法性验证的重要性日趋明显。本文提出的基于快速采样加密生成视频指纹的方法，及基于该方法的视频安全播出控制系统，具备计算速度快，性能损耗小的特点，并且可与上层应用无缝连接，不额外增加视频应用的集成难度，可方便应用视频云服务平台中，提供视频安全播出检查功能，以防止视频文件被替换或篡改。

1 聂秀山,刘琚,孙建德.基于二叉树和随机邻域嵌入的视频指纹算法.电子学报,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,孙钱锋,蒋兴浩.基于指纹的H_264视频内容认证方法研究.计算机科学,2012 ,29(1):66～68

4 惠雯,赵海英,林闯,杨扬.基于内容的视频取证研究.计算机科学,2012 ,29(1):27-31

10.3969/j.issn.1006-6403.2016.11.003

（2016-10-21）