CN105306902A - 一种基于4g网络的端到端高清视频安全传输系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统及方法，包括：视频采集终端，用于采集视频图像信号，其中，视频采集终端设置有TF视频加密卡，TF视频加密卡用于将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；视频接收终端，用于通过4G网络接收视频采集终端发送的视频流数据；服务器终端，包括NAT穿透服务器，用于在视频采集终端和视频接收终端之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端和视频接收终端通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。本发明的采用TF卡加密视频源、隧道式端到端视频数据加密传输，建立了一套高清视频双重加密传输的系统，使得4G网络下的视频传输更加安全、可靠。

Description

一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统及方法
技术领域
本发明属于视频传输技术领域，具体涉及一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统及方法。
背景技术
随着无线数据通信与多媒体业务需求的发展，特别是在视频类业务应用中，更需要快速的、稳定的、高质量的数据传输速率，如何满足这一需求是目前高清视频类业务中急需解决的一个问题。而4G移动通信技术可以为该种类型业务提供网络的基础传输通道，4G即指的是第四代移动通信技术，包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式。4G集3G与WLAN于一体，并能够快速传输数据、高质量音频视频和图像等。4G技术支持100Mbps～150Mbps的下行网络带宽，意味着用户可以体验到最大12.5MB/s～18.75MB/s的下行速度，如果4G运用于视频类数据的传输，不仅能够加快数据的传输速度，同时也能够满足客户对于高清画面的要求。
近年来，视频类应用在国家的一些重要部门和企业事业单位，以及对商业秘密和个人隐私有严格保护的特殊领域被第三方控制、被盗链、被外泄等事件频繁出现，一些视频类应用，如视频监控、视频会议和视频通话，在安全性上虽有一些保护措施在不断问世，但其中针4G网络的高清视频源和网络传输的加密保护还未涉及，同时随着大量4G网络视频类应用的增加，对视频数据的安全性需求也会急剧增加，因此要求在4G网络的高清视频应用中加入安全传输的方案应呼之欲出。
发明内容
本发明的目的在于4G网络中视频传输存在的不足，提供一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，采用TF卡加密视频源、隧道式端到端视频数据加密传输，建立了一套高清视频双重加密传输的系统，运用该系统用户可以利用4G公共网络平台提供安全、高效的高清视频流传输方案。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，包括：
视频采集终端，用于采集视频图像信号，其中，视频采集终端设置有TF视频加密卡，TF视频加密卡用于将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；
视频接收终端，用于通过4G网络接收视频采集终端发送的视频流数据；
服务器终端，包括NAT穿透服务器，用于在视频采集终端和视频接收终端之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端和视频接收终端通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
优选地，所述的TF视频加密卡包括采用视频关键帧加密的加密处理模块和检测4G网络当前带宽的网络检测模块，加密处理模块根据网络检测模块实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔。
优选地，所述的服务器终端还包括用户认证服务器和用户管理服务器，用户认证服务器用于在用户认证通过后，驱动视频采集终端和视频接收终端之间建立基于4G网络的IP加密隧道，并驱动视频采集终端通过IP加密隧道向视频接收终端发送视频流数据；用户管理服务器用于将视频流数据进行转码、封装和储存，供WEB接口调用和发布。
优选地，所述的视频采集终端包括支持4G网络的手机、监控摄像头和摄像机中的一种或多种组合。
本发明还提供一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，包括以下步骤：
视频采集终端采集视频图像信号，视频采集终端的TF视频加密卡将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；服务器终端的NAT穿透服务器在视频采集终端和视频接收终端之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端和视频接收终端通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
优选地，视频流加密处理方法为：将视频采集终端采集的视频源转码成明文的视频流，对视频流进行抽帧，将抽出的关键帧以字节方式传给TF视频加密卡进行加密，加密完成后再将这些关键帧填补到视频流中形成加密的视频流，将加密后的视频流按照RTP方式进行打包，形可供传输的加密视频流。
优选地，TF视频加密卡的网络检测模块实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔。
优选地，在传输视频流数据之前，视频采集终端将视频流按照流媒体TS的封包结构进行打包，然后将每个TS包标记为未传输、传输中或传输完成的状态，同时将包的名称和长度，以及解密密钥信息等数据包发送至视频接收终端，最终将视频流传输至视频接收终端。
优选地，IP加密隧道的建立方法为：视频采集终端、视频接收终端和NAT穿透服务器接入4G网络，视频采集终端和视频接收终端在NAT穿透服务器之间建立心跳机制，呼叫终端向NAT穿透服务器发出探测目标NAT的ID编号，通过编号设备将相关的探测包转发给NAT穿透服务器，由NAT穿透服务器告知呼叫终端的目标终端IP，通过对主IP的检测，确定是否能进行端到端的通信，保证能进行端到端的通信后，双方建立起IP加密隧道。
由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明的一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统及方法，首先通过解决4G网络的NAT穿透，端到端之间建立起数据传输的通信隧道和智能流控,其次，通过采用TF卡对高清视频节目源进行加密，从而建立了一套基于4G网络的高清视频双重加密传输系统，使得视频传输更加安全；
采用该系统实现的4G网络端到端高清视频安全传输方法，在业务上可以完整的覆盖4G网络的视频传输需求，在安全上用户可以实现实时视频数据的安全传输，在应用上用户可以根据自己的业务进行定制，以满足用户各方面的需求。
附图说明
图1是本发明的基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统结构简图。
图2是本发明的视频采集终端结构框图。
图3是本发明的IP加密隧道的建立流程图。
图4是本发明的视频流加密处理流程图。
图5是本发明的智能流控加密传输示意图。
图中标记：100-视频采集终端，110-TF视频加密卡，111-加密处理模块，112-网络检测模块，200-服务器终端，201-用户管理服务器，202-用户认证服务器，300-视频接收终端。
具体实施方式
参照图1-5，本发明的一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，包括：
视频采集终端100，用于采集视频图像信号，其中，视频采集终端100设置有TF视频加密卡110，TF视频加密卡110用于将采集的视频图像信号进行视频流加密处理。TF视频加密卡110包括采用视频关键帧加密的加密处理模块111和检测4G网络当前带宽的网络检测模块112，加密处理模块111根据网络检测模块112实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔。频采集终端采用手机、监控摄像头和摄像机中的一种或多种组合，手机、监控摄像头和摄像机均支持4G网络，能够通过4G网络与终端设备通信。
TF视频加密卡110是一款硬件设备，主要用于对摄像头采集的实时视频以流方式进行加密，TF视频加密卡110是采用芯片级的加密算法，该TF卡可支持DES、3DES、AES、RSA等加密算法，通过将算法固化至芯片，以防止被别人窃取与篡改的隐患，所有视频源的加密处理全部通过芯片完成，以保障对视频内容源的有效保护。
视频接收终端300，用于通过4G网络接收视频采集终端100发送的视频流数据，视频接收终端300采用手机、电视、电脑等支持4G网络的终端设备，通过视频接收终端300，还可以实现视频播放等功能。视频接收终端300设置有应用程序模块，主要用于展示视频的各项业务功能，整个应用程序模块采用组件式的模块化设计方案，完成对接入认证，视频流的接收、解包、解密和解码流程中的各项功能的实施，根据不同的操作系统提供不同的视频流处理组件，可完全将应用程的实现开放给第三方应用开发机构来实现。
服务器终端200，包括NAT穿透服务器，用于在视频采集终端100和视频接收终端300之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端100和视频接收终端300通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
服务器终端200还包括用户认证服务器202和用户管理服务器201，用户认证服务器202用于在用户认证通过后，驱动视频采集终端100和视频接收终端300之间建立基于4G网络的IP加密隧道，并驱动视频采集终端100通过IP加密隧道向视频接收终端300发送视频流数据；用户管理服务器201用于将视频流数据进行转码、封装和储存，供WEB接口调用和发布。
用户认证服务器202是采用C++、JAVA和MySQL数据库技术开发的一套用户认证管理系统，主要是为系统中相关设备提供接入、登录、认证和寻址的功能，利用WEB技术实现人机的交互，采用JAVA技术实现NAT的穿透,利用C++技术实现对IPSec协议栈的加强。
将一个视频文件转换成多屏都能播放的视频节目，首先要通过云视频导入客户端，将需要转码的视频文件上传至云任务调度服务器，同时根据当前配置的转码参数，将视频文件进行分段工作，并将分段视频分配给不同的转码节点进行转码，完成转码后将封装好的多种视频文件格式上传至资源管理服务器，资源管理服务器在将视频文件进行分析和处理，然后将相关参数写入数据库，供WEB接口调用和发布。
本发明的基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，包括以下步骤：
视频采集终端100采集视频图像信号，视频采集终端100的TF视频加密卡110将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；服务器终端200的NAT穿透服务器在视频采集终端100和视频接收终端300之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端100和视频接收终端300通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
通过IP加密隧道传输所述的视频流数据是采用https协议向服务器终端200同步视频采集终端100和视频接收终端300的信息，在建立IP加密隧道的基础上，通过加强的IPSec协议实现网络层的加密来保证数据的安全传输。
在传输视频流数据之前，视频采集终端100将视频流按照流媒体TS的封包结构进行打包，然后将每个TS包标记为未传输、传输中或传输完成的状态，同时将包的名称和长度，以及解密密钥信息等数据包发送至终端应用软件，最终将视频流传输至视频接收终端300。
参照图3，IP加密隧道的建立方法为：视频采集终端100、视频接收终端300和NAT穿透服务器接入4G网络，视频采集终端100和视频接收终端300在NAT穿透服务器之间建立心跳机制，呼叫终端向NAT穿透服务器发出探测目标NAT的ID编号，通过编号设备将相关的探测包转发给NAT穿透服务器，由NAT穿透服务器告知呼叫终端的目标终端IP，通过对主IP的检测，确定是否能进行端到端的通信，保证能进行端到端的通信后，双方建立起IP加密隧道。
参照图4，视频流加密处理方法为：将视频采集终端100采集的视频源转码成明文的视频流，对视频流进行抽帧，将抽出的关键帧以字节方式传给TF视频加密卡110进行加密，加密完成后再将这些关键帧填补到视频流中形成加密的视频流，将加密后的视频流按照RTP方式进行打包，形可供传输的加密视频流。
参照图5，TF视频加密卡110的网络检测模块112实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔，实现智能流控加密传输，智能流控加密传输可根据当前网络带宽自动的对节目源调整关键帧加密的数据的内容，以保障4G网络下视频播放的流畅性。如图所示，当前网络带宽处于高宽带情况下，即采用全帧加密；当前网络带宽处于低宽带情况下，则采用抽帧加密，这样即可根据实际带宽情况加密策略，从而实现视频的流畅播放。

Claims (9)

1.一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，其特征在于，包括：
视频采集终端(100)，用于采集视频图像信号，其中，视频采集终端(100)设置有TF视频加密卡(110)，TF视频加密卡(110)用于将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；
视频接收终端(300)，用于通过4G网络接收视频采集终端(100)发送的视频流数据；
服务器终端(200)，包括NAT穿透服务器，用于在视频采集终端(100)和视频接收终端(300)之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端(100)和视频接收终端(300)通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
2.根据权利要求1所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，其特征在于，所述的TF视频加密卡(110)包括采用视频关键帧加密的加密处理模块(111)和检测4G网络当前带宽的网络检测模块(112)，加密处理模块(111)根据网络检测模块(112)实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔。
3.根据权利要求1所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，其特征在于，所述的服务器终端(200)还包括用户认证服务器(202)和用户管理服务器(201)，用户认证服务器(202)用于在用户认证通过后，驱动视频采集终端(100)和视频接收终端(300)之间建立基于4G网络的IP加密隧道，并驱动视频采集终端(100)通过IP加密隧道向视频接收终端(300)发送视频流数据；用户管理服务器(201)用于将视频流数据进行转码、封装和储存，供WEB接口调用和发布。
4.根据权利要求1所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输系统，其特征在于，所述的视频采集终端(100)包括支持4G网络的手机、监控摄像头和摄像机中的一种或多种组合。
5.一种基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
视频采集终端(100)采集视频图像信号，视频采集终端(100)的TF视频加密卡(110)将采集的视频图像信号进行视频流加密处理；服务器终端(200)的NAT穿透服务器在视频采集终端(100)和视频接收终端(300)之间建立基于4G网络的IP加密隧道，视频采集终端(100)和视频接收终端(300)通过IP加密隧道传输所述的视频流数据。
6.根据权利要求5所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，其特征在于，视频流加密处理方法为：将视频采集终端(100)采集的视频源转码成明文的视频流，对视频流进行抽帧，将抽出的关键帧以字节方式传给TF视频加密卡(110)进行加密，加密完成后再将这些关键帧填补到视频流中形成加密的视频流，将加密后的视频流按照RTP方式进行打包，形可供传输的加密视频流。
7.根据权利要求6所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，其特征在于，TF视频加密卡(110)的网络检测模块(112)实时检测4G网络当前带宽，调节视频关键帧加密的间隔。
8.根据权利要求5所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，其特征在于，在传输视频流数据之前，视频采集终端(100)将视频流按照流媒体TS的封包结构进行打包，然后将每个TS包标记为未传输、传输中或传输完成的状态，同时将包的名称和长度，以及解密密钥信息等数据包发送至视频接收终端(300)，最终将视频流传输至视频接收终端(300)。
9.根据权利要求5所述的基于4G网络的端到端高清视频安全传输方法，其特征在于，IP加密隧道的建立方法为：视频采集终端(100)、视频接收终端(300)和NAT穿透服务器接入4G网络，视频采集终端(100)和视频接收终端(300)在NAT穿透服务器之间建立心跳机制，呼叫终端向NAT穿透服务器发出探测目标NAT的ID编号，通过编号设备将相关的探测包转发给NAT穿透服务器，由NAT穿透服务器告知呼叫终端的目标终端IP，通过对主IP的检测，确定是否能进行端到端的通信，保证能进行端到端的通信后，双方建立起IP加密隧道。
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