基于区块链及数字水印技术的视频版权保护方法和系统与流程

1.本发明属于版权保护领域，特别涉及一种基于区块链及数字水印技术的视频版权保护方法和系统。


背景技术：

2.视频的版权作为知识产权中的一份子，一方面产业发展繁荣，另一方面侵权现象如影随形，难以断绝。侵犯视频版权事件频发也与视频本身所具有的易修改和难辨真伪等特性有关。用户既能轻松获取视频文件，也能进行截取、复制、篡改和重新分发等非法和侵权等操作。网络中盗版视频资源随处可见，视频信息真伪难辨，版权问题纠纷颇多。视频版权保护的研究也在实现技术和模式上的创新。
3.目前，基于区块链的数字版权保护在学术界已取得一些成果。但普遍存在以下问题：
4.一是视频水印算法的鲁棒性差。视频水印算法的载体是视频，视频的攻击方式包括但不限于图像的攻击方式。对于一段视频的攻击除了对图像的攻击还有帧平均、帧删除、帧重组等攻击，因此对视频水印技术而言，提出了能够抵抗上述攻击的要求。而且对于几何攻击、压缩等攻击方式的鲁棒性还有待提高。
5.二是视频水印方案的平衡性差。视频单水印算法在鲁棒性、脆弱性等方面相互制约。鲁棒性水印保证了当视频受到攻击时，仍然可以提取到确认版权的水印信息。脆弱性水印在检测到篡改时，可以对其进行定位和定量。单水印系统往往不能兼顾鲁棒性与脆弱性。
6.三是采用集中式数据库。传统的数字版权保护系统采用集中的中心数据库，因此数据的安全性很容易受到威胁。如今随着互联网的飞速发展，版权保护越来越重要，版权保护事宜越来越多，中心数据库不能满足互联网日益增长的版权保护需求。
7.四是水印与其所有者的关联性差。个人或团体为了保护自身的知识产权，往往将具有确定性和保密性的相关信息即水印嵌入到自己所要保护的资源中。但是当自身水印没有得到可信第三方机构的公证时，水印与个人或团体的关系是无法得到保障的，这导致水印与所有者的关联性较差。


技术实现要素：

8.针对上述问题，本发明采用的技术方案是：一种基于区块链及数字水印技术的视频版权保护方法，包括以下步骤：
9.将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库，并通过哈希算法获取水印哈希值；
10.将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区块链并生成区块；
11.根据上传的鲁棒水印生成脆弱水印，并将鲁棒水印和脆弱水印分别嵌入至待登记视频文件中。
12.可选地，在执行将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区
块链并生成区块的步骤之前，还包括进行身份验证，具体为：
13.利用sm3对鲁棒水印和用户id进行哈希运算获得对应的摘要，并将用户id摘要值作为私钥，利用sm2生成对应的公钥；将鲁棒水印摘要值与用户id利用私钥进行加密；在上链前使用公钥进行解密，若解密所得用户id与用户身份相符，则认证通过，进行将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区块链并生成区块的步骤。
14.可选地，在执行将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库的步骤之前，还包括以下步骤：
15.将上传的待登记视频文件和鲁棒水印分别与系统数据库中的视频文件和用户水印进行相似度审核；
16.若审核通过，则将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库；若视频文件审核不通过，则停止操作；若鲁棒水印审核不通过，则要求用户重新上传新的鲁棒水印，直至审核通过。
17.可选地，所述方法还包括以下步骤：
18.对待验证视频文件进行尺度不变特征变换处理；
19.提取待验证视频文件中的水印，得到提取水印；
20.判断是否能根据登录用户的用户id从区块链中获取用户水印对应的水印哈希值和用户id，若能获取，则水印所有者认证成功；
21.将提取水印和用户id对应系统数据库中的用户水印进行归一化相关系数对比，若通过阈值，则视频所有者认证成功。
22.可选地，所述方法还包括以下步骤：
23.用户上传相关证明文件，对待验证视频文件进行版权申诉分析；
24.若版权申诉成功，则视频版权转让给申述用户，并将交易信息上传至区块链，并对系统数据库中的数据进行更新。
25.可选地，在将鲁棒水印和脆弱水印分别嵌入至待登记视频文件的步骤中，具体为：
26.对鲁棒水印进行汉明码编码处理以及置乱处理；
27.提取待登记视频文件的视频关键帧；
28.在视频关键帧的b分量的最低位嵌入脆弱水印，得到含脆弱水印的b分量；
29.对视频关键帧的g分量进行二级contourlet变换，对低频子带进行qr分解，并选取r矩阵作为嵌入载体嵌入鲁棒水印，再进行qr逆分解以及contourlet逆变换，得到含鲁棒水印的g分量。
30.以及，一种基于区块链及数字水印技术的视频版权保护系统，包括：
31.用户管理模块，用于供用户注册登录，以及用户信息管理、用户视频文件管理和用户水印管理；
32.版权登记模块，用于根据上传的鲁棒水印生成脆弱水印，并将鲁棒水印和脆弱水印分别嵌入至待登记视频文件中；
33.区块链管理模块，用于将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区块链并生成区块。
34.可选地，所述版权登记模块还用于版权审核，具体为：
35.将上传的待登记视频文件和鲁棒水印分别与系统数据库中的视频文件和用户水印采用感知哈希算法进行相似度审核；
36.若审核通过，则将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库；若视频文件审核不通过，则停止操作；若鲁棒水印审核不通过，则要求用户重新上传新的鲁棒水印，直至审核通过。
37.可选地，所述系统还包括：
38.版权认证模块，用于对待验证视频文件进行尺度不变特征变换处理后，提取待验证视频文件中的水印，得到提取水印；并判断是否能根据登录用户的用户id从区块链中获取用户水印对应的水印哈希值和用户id，若能获取，则水印所有者认证成功；还用于将提取水印和用户id对应系统数据库中的用户水印进行归一化相关系数对比，若通过阈值，则视频所有者认证成功。
39.可选地，所述系统还包括：
40.版权申诉模块，用于在用户提起版权申诉请求时，根据用户上传的相关证明文件进行版权申诉分析。
41.所述版权申诉模块还用于在版权申诉成功时，将视频版权转让给申述用户，并将交易信息上传至区块链，对系统数据库中的数据进行更新。
42.本发明由于采用上述技术方案，使其具有以下有益效果：通过区块链与数字水印技术结合的方式构成版权保护新模板，并使水印与作品所有者的关联性更强，追溯力更好。还采用鲁棒水印以及脆弱水印的双水印技术，实现版权的确认和篡改的定位，水印效果更佳。
43.本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
45.图1示出了根据本发明实施例的视频版权保护方法的流程图；
46.图2示出了根据本发明实施例的嵌入水印的流程图；
47.图3示出了根据本发明实施例的提取水印的流程图。
具体实施方式
48.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地说明，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.本发明实施例的基于区块链及数字水印技术的视频版权保护系统，该系统包括、用户管理模块、版权登记模块、区块链管理模块、版权认证模块、版权申诉模块。具体的，
50.用户管理模块：用于供用户注册登录，以及用户信息管理、用户视频文件管理和用户水印管理。
51.版权登记模块：用于根据上传的鲁棒水印生成脆弱水印，并将鲁棒水印和脆弱水印分别嵌入至待登记视频文件中；所述版权登记模块还用于版权审核，具体为：将上传的待登记视频文件和鲁棒水印分别与系统数据库中的视频文件和用户水印进行相似度审核，若审核通过，则将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库，若视频文件审核不通过，则停止操作；若鲁棒水印审核不通过，则要求用户重新上传新的鲁棒水印，直至审核通过；所述版权登记模块还用于身份认证，身份验证具体为：利用sm3对鲁棒水印和用户id进行哈希运算获得对应的摘要，并将用户id摘要值作为私钥，利用sm2生成对应的公钥；将鲁棒水印摘要值与用户id利用私钥进行加密；在上链前使用公钥进行解密，若解密所得用户id与用户身份相符，则认证通过，进行将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区块链并生成区块的步骤。
52.区块链管理模块：该模块主要包括节点配置、创建通道、部署合约和版权信息上链等功能。本系统采用fabric构建区块链模块。对不同节点配置信息，在节点配置完成后，共建一个通道。将要上链的信息(利用国密算法sm2加密水印摘要值与用户id后生成的密文，其中水印摘要值为鲁棒水印经哈希算法处理后得到的水印哈希值)写入智能合约。当用户提供鲁棒水印后，视频平台会调用智能合约中的版权信息上链功能，将上链信息上传至区块链平台，生成区块。同时通过时间戳，保证区块链上的每一笔交易数据都具有时间标记，存储于链上的所有数据都是可追溯的、真实可查的。一旦发生法律纠纷，用户可利用智能合约自动处理，节省时间与人力。
53.版权认证模块，用于提取待验证视频文件中的水印，得到提取水印；还用于判断是否能根据登录用户的用户id从区块链中获取用户水印对应的水印哈希值和用户id，若能获取，则水印所有者认证成功；还用于将提取水印和用户id对应系统数据库中的用户水印进行归一化相关系数对比，若通过阈值，则视频所有者认证成功。
54.版权申诉模块：用于在用户提起版权申诉请求时，根据用户上传的相关证明文件进行版权申诉分析。所述版权申诉模块还用于在版权申诉成功时，将视频版权转让给申述用户，并将交易信息上传至区块链，对系统数据库中的数据进行更新。
55.基于上述本发明实施例的基于区块链及数字水印技术的视频版权保护系统，进一步介绍一种基于区块链及数字水印技术的视频版权保护方法，用户注册登录以后，版权保护方法包括版权登记、版权认证以及版权申诉三大板块，可根据用户选择进行对应操作。其中，
56.版权登记包括以下步骤：
57.s11：将上传的待登记视频文件和鲁棒水印分别与系统数据库中的视频文件和用户水印进行相似度审核。
58.在本实施例中，使用图片相关系数法对带登记视频文件进行关键帧提取，并采用感知哈希算法对其与系统数据库中的视频文件进行相似度审核，以保证作品的原创性，用户提供的鲁棒水印也同样采用感知哈希算法进行相似度审核，避免因水印相似度过高引起版权纠纷。
59.s12：若审核通过，则将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库；若视频文件审核不通过，则判断该视频文件已进行登记，停止操作；若鲁棒水印审核不通过，则要求用户重新上传新的鲁棒水印，直至审核通过。
60.s13：将用户上传的鲁棒水印存入系统数据库，并通过哈希算法获取水印哈希值。
61.s14：将水印哈希值和登录用户的用户id通过加密生成的密文上传至区块链并生成区块。
62.s15：根据上传的鲁棒水印生成脆弱水印，并将鲁棒水印和脆弱水印通过数字水印技术分别嵌入至待登记视频文件中。结合图2示出的水印嵌入至视频文件的流程图，具体如下：
63.s151：对鲁棒水印进行汉明码编码处理以及置乱处理；
64.本实施例中，通过汉明码编码对鲁棒水印做增加一些校验位的预处理，以增强水印的容错和纠错能力，采用最大分割法的arnold置乱处理，以对鲁棒水印进行加密；
65.s152：提取待登记视频文件的视频关键帧，并将视频关键帧的三个颜色通道r、g、b相互分离；
66.s153：在视频关键帧的分量b的最低位嵌入脆弱水印，得到含脆弱水印的b分量；
67.s154：对视频关键帧的分量g进行二级contourlet变换，对低频子带进行qr分解，并选取r矩阵作为嵌入载体嵌入鲁棒水印得到r'，再进行qr逆分解以及contourlet逆变换，得到含鲁棒水印的分量g。能够在保证水印不可见性的基础上提高其鲁棒性。
68.从而完成原创作品的版权登记。
69.版权认证包括以下步骤：
70.s21：对待验证视频文件进行尺度不变特征变换(sift算法)处理。
71.s22：提取待验证视频文件中的水印，得到提取水印。结合图3示出的水印提取流程图，在本实施例中，具体为：
72.s221：提取待验证视频文件的视频关键帧，并将含双水印视频关键帧的三个颜色通道r、g、b相互分离的三个颜色通道r、g、b相互分离；
73.s222：提取脆弱水印，具体为：
74.将分量b的最低位提取出来并置零，形成脆弱水印矩阵w'2；
75.将三个分量r、g、b均进行2
×
2分块并计算均值，提取均值最高4bit并组成2
×
2的小矩阵，记为tk；
76.对脆弱水印矩阵w'2进行2
×
2分块，记为w'
2k
。若w'
2k
与tk相等，则定位矩阵l的第k个小矩阵为全0矩阵，表示无篡改；否则为全1矩阵，表示有篡改。
77.s223：提取鲁棒水印，具体为：
78.将g分量进行二级contourlet变换，提取其低频子带；
79.将低频子带进行2
×
2分块并进行qr分解，得到q矩阵和r矩阵；
80.计算r矩阵的第1行第2列的系数值c'
12
的量化值q'＝round(c'
12
/l)，其中l为量化步长。进行鲁棒水印w
1t
的提取。提取的鲁棒水印w
1t
(未解密且含校验码)的一个像素值w
1t
为：
[0081][0082]
先将矩阵w
1t
用基于最大分割法的arnold反置乱方式进行解密，得到仅含校验码的鲁棒水印矩阵w'
1t
；
[0083]
对矩阵w'
1t
进行解码，具体为：将含校验码的鲁棒水印矩阵w'
1t
变成具有7列的矩
阵a
′
，并且计算该矩阵a
′
中每一行的校正因子，对矩阵a
′
每一行的元素值进行纠错，最后提取矩阵a
′
中的前4列元素，并变成一个方阵记为w'1，即为最终提取恢复出的鲁棒水印。
[0084]
s23：判断是否能根据登录用户的用户id从区块链中获取用户水印对应的水印哈希值和用户id，若能获取，则水印所有者认证成功；具体的，系统通过用户id调用对应的公钥对区块链上的密文进行解密，得到对应水印的摘要值和用户id，则表明该水印为登录用户所有。
[0085]
s24：将提取水印和用户id对应系统数据库中的用户水印进行归一化相关系数对比，若通过阈值，则表明待验证视频属于登录用户，视频所有者认证成功。
[0086]
基于上述版权认证，若用户对其存疑，则可选择进行版权申诉，版权申诉包括以下步骤：
[0087]
s31：用户上传相关证明文件。
[0088]
s32：对待验证视频文件进行版权申诉分析；具体的，管理员对上传的相关证明文件进行审核分析，从而判断待验证视频的权属。
[0089]
s33：若版权申诉成功，则视频版权转让给申述用户，并将交易信息上传至区块链，对系统数据库中的数据进行更新。从而实现版权维护。若经过管理员审核发现证据不足，则返回审核失败。
[0090]
在本实施例中，相较于现有技术，具体如下：
[0091]
对于算法鲁棒性差的问题，本方案结合contourlet变换、qr分解、sift算法和利用最大分割法的arnold算法减小视频分辨率对算法可行性的影响程度，提高视频水印抗几何攻击的鲁棒性。
[0092]
对于水印方案的平衡性差问题，本方案在rgb颜色空间上对视频帧的g分量进行二级contourlet变换和qr分解。随后寻找合适位置嵌入鲁棒水印，在b分量上嵌入脆弱水印，得到含双水印的视频帧。采用盲提取水印算法提取脆弱水印和鲁棒水印，实现不可见性、篡改定位和抵抗攻击等功能。
[0093]
对于集中式数据库问题，采用基于区块链的去中心化、公开、透明、便捷、安全的版权管理系统，实现登记、溯源、盗用申诉、认证一体化。
[0094]
对于水印与其所有者的关联性差的问题，上链水印哈希值与所有者的用户id通过国密算法加密后的密文，实现水印与其所有者相关联。通过时间戳，保证区块链上的每一笔交易数据都具有时间标记，存储于链上的所有数据都是可追溯的、真实可查的。一旦发生法律纠纷，用户可利用智能合约自动处理，节省时间与人力。
[0095]
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。