CN110366049A - 一种流式视频完整性保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种流式视频完整性保护方法。它具体包括如下步骤：(1)生成完整性描述数据：在TS流中定义一条额外的实时完整性ES流，将其自定义为一种数据描述格式Integrity_set，其包含Integrity_descriptor数量及相应的Integrity_descriptor描述符内容数组，TS流中包括若干数据ES流和一个实时完整性ES流，其中数据ES流和Integrity_descriptor的内容均包含PID、PTS、Hash值，实时完整性ES流对TS流中的数据ES流进行完整性保护；(2)检测完整性：接收端解析TS流中的相应的实时完整性ES流，将其缓存起来；解析TS流中的数据ES流，与缓存中查找相同的PID以及PTS，若数据ES流中Hash值与缓存中的Hash值一致，则视为数据完整，否则视为视频被篡改。本发明的有益效果是：不增加播放延迟，提供帧级音视频保护，适用于TCP和UDP传输。

Description

一种流式视频完整性保护方法

技术领域

本发明涉及视频处理相关技术领域，尤其是指一种流式视频完整性保护方法。

背景技术

IP化视频直播，通过TCP和UDP两种方式进行传输，且目前多采用MPEG-2TS流的方式进行传输。无论是IPTV还是互联网视频，实时内容在传输过程中要经过很多中间设备，存在被篡改的可能性。视频被篡改，会严重伤害内容方和播出方的利益。

目前专利CN105611319A中已经利用PMT表在TS流中的周期性出现，对PMT表之间的数据用Hash算法得到一个Hash值，并将该Hash值保存在PMT表中，在播放侧缓存PMT之间的数据，进行Hash计算，然后与PMT表中的Hash值进行对比的方式来实现完整性和篡改检测。但该方法存在三个问题：

1)PMT表中的Hash结果未进行加密保护，因为常用Hash算法相对较少，容易被暴力猜测出来；

2)该方法是PMT级的保护，在播放侧至少要缓存一个PMT间隔的数据，造成了播放启播的时间延迟增加；

3)采用UDP传输数据时，因为UDP的不可靠传输特性，有可能导致数据包丢失，正常情况下PMT表间隔中的数据会形成多个数据包(信赖于码率情况，一般情况下码率越高，数据包越多)，一旦丢失一个数据包，则整段内容的Hash值必定不等于PMT表中的Hash，造成整段内容的不可用，带来相对较差的播放体验，对网络的要求较高。

还有一些专利算法，通过对视频帧在发送前进行图像特征提取后，在播放时再进行解码后的图像特征提取进行比较来判断视频内容是否一致。该方法存在三个问题：

1)内容若只是经过转码，该类特征一般情况下会保持一致。但经过转码，同样可以视为视频内容被篡改，一样存在内容提供商和播出方利益受损的情况。因为视频转码过程是一个有损的过程，会原始内容存在压缩失真性破坏。

2)图像特征提取对设备的计算能力要求较高，增加成本，减少了适应性。

3)该方法只保护了视频，而音频同样存在被篡改的可能性。

发明内容

本发明是为了克服现有技术中存在上述的不足，提供了一种不增加播放延迟的流式视频完整性保护方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种流式视频完整性保护方法，具体包括如下步骤：

(1)生成完整性描述数据：在TS流中定义一条额外的实时完整性ES流，将该实时完整性ES流自定义为一种数据描述格式Integrity_set，其实时完整性ES流的数据内容包含Integrity_descriptor数量及相应的Integrity_descriptor描述符内容数组，TS流中包括若干数据ES流和一个实时完整性ES流，其中数据ES流和Integrity_descriptor的内容均包含音视频ES流的PID、时间戳PTS、Hash值，实时完整性ES流对TS流中的数据ES流进行完整性保护；

(2)检测完整性，具体地包含如下步骤：

第一步：接收端进行数据接收，并解析TS数据；

第二步：解析TS流中的相应的实时完整性ES流，读取相应的实时完整性ES流Integrity_set，将其缓存起来形成Integrity_set列表；

第三步：解析TS流中的数据ES流，对数据流中的每帧数据进行Hash，最终形成每帧的完整性数据组合，该组合包含该帧的PID、PTS和Hash值；

第四步：针对第三步形成的当前帧的数据组合，在第二步缓存的Integrity_set列表中，查找与当前帧的数据组合完全一致的Integrity_descriptor，即当前帧的数据组合中的PID、PTS和Hash值与Integrity_descriptor中的Refer_PID、Refer_PTS、Hash_value完全一样，若查找到相应的Integrity_descriptor，则视为数据完整，否则视为视频被篡改，判断为被篡改后，由应用来决定后续动作。

本方法是一种不增加播放延迟，可以提供帧级音视频保护的，且同时适用于TCP和UDP传输的保护方法。

作为优选，在步骤(1)中，在不同的使用场景中，实时完整性ES流对TS流中的全部数据ES流进行完整性保护，或者选择部分数据ES流进行完整性保护，实时完整性ES流中数据格式IntegrityDescriptor的数量根据需要完整性保护的数据ES流来确定。

作为优选，在步骤(1)中，为了防止UDP传输过程中实时完整性ES流所在的Packet丢失，设置每隔固定间隔重复出现。

作为优选，固定间隔的设置值为视频帧间隔的一半。

作为优选，针对TS流中有空包存在的情况，对部分或全部空包进行改造，使其内容为实时完整性ES流，同时对剩余的空包进行必要的连续记数处理。这种利用空包的好处是在增加了完整性功能的同时没有带来TS码率的上升。

作为优选，在步骤(1)中，如果Hash值需要进行加密，则针对Hash值进行加密处理时，密钥通过带外传输的方法传输给接收端；在步骤(2)中，对数据ES流中每帧的数据进行Hash计算后，再将该Hash值采用与步骤(1)同样的加密方式和密钥进行加密后获取到加密后的Hash值。

本发明的有益效果是：不增加播放延迟，可以提供帧级音视频保护的，且同时适用于TCP和UDP传输，利用空包在增加了完整性功能的同时没有带来TS码率的上升。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的描述。

一种流式视频完整性保护方法，具体包括如下步骤：

(1)生成完整性描述数据：自定义一种数据描述格式IntegrityDescriptor；

表1 Integrity_set

表2 Integrity_descriptor

表1(Integrity_set)中的含义如下：

·descriptor_count：完整性描述符的数量

表2(Integrity_descriptor)中的含义如下：

·Refer_PID：该描述符对应的TS中的其他ES流的PID

·Refer_PTS：该描述符对应的TS中的其他ES流相应帧的PTS时间

·Hash_Value：该描述符对应的TS中的其他ES流的Refer_PTS对应帧的数据的Hash值。可选地，可以对该Hash值进行相应的加密生成新的值。加密算法这里不做约定。

在TS流中定义一条额外的实时完整性ES流，将该实时完整性ES流自定义为一种数据描述格式Integrity_set，如表1所示，其实时完整性ES流的数据内容包含Integrity_descriptor数量及相应的Integrity_descriptor描述符内容数组，TS流中包括若干数据ES流和一个实时完整性ES流，其中数据ES流和Integrity_descriptor的内容均包含音视频ES流的PID、时间戳PTS、Hash值(可选地，若加密则为加密后的Hash值)，实时完整性ES流对TS流中的数据ES流进行完整性保护；可采用不同的Hash算法，如MD4、MD5、SHA等。

在不同的使用场景中，实时完整性ES流对TS流中的全部数据ES流进行完整性保护，或者选择部分数据ES流进行完整性保护，实时完整性ES流中数据格式IntegrityDescriptor的数量根据需要完整性保护的数据ES流来确定。

为了防止UDP传输过程中实时完整性ES流(Integrity_set)所在的Packet丢失，设置每隔固定间隔重复出现；固定间隔的设置值为视频帧间隔的一半。

针对TS流中有空包存在的情况，对部分或全部空包进行改造，使其内容为实时完整性ES流(Integrity_set)，同时对剩余的空包进行必要的连续记数处理；记数原理在这里不再进行描述，对TS流熟悉的行业内人士应该不难理解。这种利用空包的好处是在增加了完整性功能的同时没有带来TS码率的上升。

(2)检测完整性，具体地包含如下步骤：

第一步：接收端进行数据接收(接收端可以为播放器或其它)，并解析TS数据；

第二步：解析TS流中的相应的实时完整性ES流，读取相应的实时完整性ES流Integrity_set，将其缓存起来形成Integrity_set列表；

第三步：解析TS流中的数据ES流(如视频ES流或音频ES流)，对数据流中的每帧数据进行Hash，最终形成每帧的完整性数据组合，该组合包含该帧的PID、PTS和Hash值；

第四步：针对第三步形成的当前帧的数据组合，在第二步缓存的Integrity_set列表中，查找与当前帧的数据组合完全一致的Integrity_descriptor，即当前帧的数据组合中的PID、PTS和Hash值与Integrity_descriptor中的Refer_PID、Refer_PTS、Hash_value完全一样，若查找到相应的Integrity_descriptor，则视为数据完整，否则视为视频被篡改，判断为被篡改后，由应用来决定后续动作(如作为播放器时，停止播放或者忽略该帧数据)。

在步骤(1)中，如果Hash值需要进行加密，则针对Hash值进行加密处理时，密钥通过带外传输的方法传输给接收端(如播放器)；在步骤(2)中，对数据ES流中每帧的数据进行Hash计算后，再将该Hash值采用与步骤(1)同样的加密方式和密钥进行加密后获取到加密后的Hash值。

具体实施如下：

1.在编码器或者转码器中进行生成完整性数据的过程，可选地，可以在UI界面上定义包括：

A)TS流中哪些数据ES流需要进行完整性保护；

B)完整性数据包重复间隔；

C)完整性ES流的PID。

该装置在TS Mux模块，对输入的相应的ES流的每帧数据进行Integrity_descriptor生成，并完成交织工作。这部分工作对行业内人士应该不难理解，不作进一步说明。

2.提供单独的设备，输入为TS流，输出为填加了完整性的TS流。可选地，可以在UI界面上定义包括：

D)TS流中哪些数据ES流需要进行完整性保护；

E)是否优先利用空包；

F)完整性数据包重复间隔；

G)完整性ES流的PID。

该装置先分析输入的TS流数据，对相应的数据ES流的每帧数据进行Integrity_descriptor生成，如果选择了利用空包，则优先使用输入流中现有的空包进行Integrity_set包的复写，否则将添加新的TS Packet来进行。

Claims (6)

1.一种流式视频完整性保护方法，其特征是，具体包括如下步骤：

(1)生成完整性描述数据：在TS流中定义一条额外的实时完整性ES流，将该实时完整性ES流自定义为一种数据描述格式Integrity_set，其实时完整性ES流的数据内容包含Integrity_descriptor数量及相应的Integrity_descriptor描述符内容数组，TS流中包括若干数据ES流和一个实时完整性ES流，其中数据ES流和Integrity_descriptor的内容均包含音视频ES流的PID、时间戳PTS、Hash值，实时完整性ES流对TS流中的数据ES流进行完整性保护；

(2)检测完整性，具体地包含如下步骤：

第一步：接收端进行数据接收，并解析TS数据；

第二步：解析TS流中的相应的实时完整性ES流，读取相应的实时完整性ES流Integrity_set，将其缓存起来形成Integrity_set列表；

第三步：解析TS流中的数据ES流，对数据流中的每帧数据进行Hash，最终形成每帧的完整性数据组合，该组合包含该帧的PID、PTS和Hash值；

第四步：针对第三步形成的当前帧的数据组合，在第二步缓存的Integrity_set列表中，查找与当前帧的数据组合完全一致的Integrity_descriptor，即当前帧的数据组合中的PID、PTS和Hash值与Integrity_descriptor中的Refer_PID、Refer_PTS、Hash_value完全一样，若查找到相应的Integrity_descriptor，则视为数据完整，否则视为视频被篡改，判断为被篡改后，由应用来决定后续动作。

2.根据权利要求1所述的一种流式视频完整性保护方法，其特征是，在步骤(1)中，在不同的使用场景中，实时完整性ES流对TS流中的全部数据ES流进行完整性保护，或者选择部分数据ES流进行完整性保护，实时完整性ES流中数据格式IntegrityDescriptor的数量根据需要完整性保护的数据ES流来确定。

3.根据权利要求1所述的一种流式视频完整性保护方法，其特征是，在步骤(1)中，为了防止UDP传输过程中实时完整性ES流所在的Packet丢失，设置每隔固定间隔重复出现。

4.根据权利要求3所述的一种流式视频完整性保护方法，其特征是，固定间隔的设置值为视频帧间隔的一半。

5.根据权利要求1所述的一种流式视频完整性保护方法，其特征是，针对TS流中有空包存在的情况，对部分或全部空包进行改造，使其内容为实时完整性ES流，同时对剩余的空包进行必要的连续记数处理。

6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种流式视频完整性保护方法，其特征是，在步骤(1)中，如果Hash值需要进行加密，则针对Hash值进行加密处理时，密钥通过带外传输的方法传输给接收端；在步骤(2)中，对数据ES流中每帧的数据进行Hash计算后，再将该Hash值采用与步骤(1)同样的加密方式和密钥进行加密后获取到加密后的Hash值。