CN111756770B - 一种高清视频安全隔离显示网关 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于视频安全传输技术领域，提供一种高清视频安全隔离显示网关，包括整机屏蔽壳，所述整机屏蔽壳上有输入接口和输出接口，所述整机屏蔽壳内有加密模块、编码模块、解码模块、内部信息屏蔽壳，所述内部信息屏蔽壳内有视频无线发送器和视频无线接收器，所述输入接口通过所述加密模块、编码模块连接至所述无线视频发送器，所述视频无线接收器通过解码模块连接至所述输出接口。本发明网关以空气作为传输介质传输视频图像，实现完全物理隔离，保障高密级视频系统的安全，同时设置了加密模块，进一步保证数据的安全性。

Description

一种高清视频安全隔离显示网关
技术领域
本发明属于视频安全传输技术领域，尤其涉及一种高清视频安全隔离显示网关。
背景技术
传统高密级视频系统和低密级视频系统互通通常使用视频线缆对接，由于是直接线缆连接，如果低密级视频系统受到非法入侵的话，黑客可以直接连接线缆远程访问高密级视频系统内容，这种线缆直连方式存在安全性问题。同时目前低密级视频系统输出的视频数据都是简单加密发送至高密级视频系统中，然后在高密级视频系统解密显示，这种简单加密方式也存在很大安全隐患。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种高清视频安全隔离显示网关，旨在解决现有网管安全性较差的技术问题。
本发明采用如下技术方案：
所述高清视频安全隔离显示网关，包括整机屏蔽壳，所述整机屏蔽壳上有输入接口和输出接口，所述整机屏蔽壳内有加密模块、编码模块、解码模块、内部信息屏蔽壳，所述内部信息屏蔽壳内有视频无线发送器和视频无线接收器，所述输入接口通过所述加密模块、编码模块连接至所述无线视频发送器，所述视频无线接收器通过解码模块连接至所述输出接口。
进一步的，所述加密模块加密过程如下：
步骤S1、设置一个帧组和缓存队列，连续接收图像帧并保存至缓存队列内，以先入先出方式从缓存队列中读取若干图像帧保存至所述帧组内；
步骤S2、每次从所述帧组内读取至少两张图像帧保存至临时组中，随机生成0至1之间的w-1个随机数，将这w-1个随机数乘以X取整作为图像帧的宽度分界点值，随机生成0至1之间的h-1个随机数，将这h-1个随机数乘以Y取整作为图像帧的高度分界点值，这里X和Y分别是图像帧的宽度和高度；
步骤S3、将临时组的图像帧按照宽度分界点和高度分界点生成w×h个网格，并将每张图像帧的所有网格按顺序进行编号；
步骤S4、读取临时组中的第一张图像帧，每轮随机读取其中的一个网格，当前所读网格的编号为i，将当前网格内的像素点叠加一个蒙板像素，然后读取临时组中第二张图像帧编号为i的网格，将当前网格内的像素点叠加另一个蒙板像素，直至临时组中所有图像帧中编号为i的网格均完成叠加蒙板像素，这些网格内的像素点、蒙板像素先后保存，并加入起始标记、网格编号、分界点值和结束标记，形成一个暂存数据行；蒙板像素的获取方法为：获取临时组其它图像帧中编号为i的网格的相邻网格，取所述相邻网格内所有像素点的RGB分量的像素平均值作为蒙板像素；
步骤S5、当所有编号的网格均处理完毕后，得到w×h个暂存数据行，将这些暂存数据行打包，最后发送至编码模块。
进一步的，其中最起始标记、网格编号、分界点值按顺序作为暂存数据行的头部，结束标记作为暂存数据行的尾部。
本发明的有益效果是：本发明网关以空气作为传输介质传输视频图像，高密级系统和低密级系统之间没有任何物理连接，实现完全物理隔离，保障高密级视频系统的安全，可广泛应用于视频会议、融合监控、PC图像数据传输等应用场景，可以将低密级系统例如监控、视频会议、PC数据等通过安全的方式送入高密级系统中，实现分享和互通；同时设置了加密模块，进一步保证数据的安全性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的高清视频安全隔离显示网关的结构图；
图2是加密过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了本发明实施例提供的高清视频安全隔离显示网关的结构，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
如图1所示，所述高清视频安全隔离显示网关包括整机屏蔽壳1，所述整机屏蔽壳1上有输入接口11和输出接口12，所述整机屏蔽壳1内有加密模块13、编码模块14、解码模块15、内部信息屏蔽壳2，所述内部信息屏蔽壳2内有视频无线发送器21和视频无线接收器22，所述输入接口11通过所述加密模块12、编码模块14连接至所述无线视频发送器21，所述视频无线接收器22通过解码模块15连接至所述输出接口12。
低密级系统通过线缆连接至输入接口，高密集系统通过线缆连接至输出接口。视频数据通过加密模块加密后，发送至编码模块，由于本网管采用无线方式进行物理隔离，无线传输需要将数据以载波形式发送，因此加密后的数据需要进行编码，这里通过编码模块编码，亦即调制，然后通过视频无线发送模块发送，由于视频无线发送器和视频无线接收器都被安装在内部信息屏蔽壳内，无线数据不会外泄，同时网关还有整机屏蔽盒，进一步保证了数据安全性。视频无线接收器接收数据后，发送至解码模块解码，亦即解调，这样最后解码后的数据才能在远端，即高密级系统被识别出。本发明网关以空气作为传输介质传输视频图像，高密级系统的数据无法反向传输至低密级系统，避免数据被窃取的可能性。同时网关内还设置有加密模块，即便是在内部信息屏蔽壳屏蔽出问题，加密后的数据也无法被轻易破解，进一步保证了安全性。
结合图2所示，本实施例所述加密模块加密过程如下：
步骤S1、设置一个帧组和缓存队列，连续接收图像帧并保存至缓存队列内，以先入先出方式从缓存队列中读取若干图像帧保存至所述帧组内。
所述缓存队列用于缓存接收的视频图像帧数据，以先入先出的队列方式保存。所述帧组用于保存批量从缓存队列读取的多张图像帧，比如一次读取60帧或30帧保存至帧组内。图像帧从缓存队列读取后直接从缓存队列内删除。如果不设置帧组，直接从缓存队列读取图像帧并删除，若加密出现错误，删除后的图像帧无法恢复，就出现卡帧情况。
步骤S2、每次从所述帧组内读取至少两张图像帧保存至临时组中，随机生成0至1之间的w-1个随机数，将这w-1个随机数乘以X取整作为图像帧的宽度分界点值，随机生成0至1之间的h-1个随机数，将这h-1个随机数乘以Y取整作为图像帧的高度分界点值，这里X和Y分别是图像帧的宽度和高度。
假设帧组中保存有30帧图像，随机从帧组取出至少两张图像帧保存在临时组中，图示中随机取出三张图像帧。先将取出的图像帧分块，本步骤通过在图像的宽边和高边生成分界点值进行分块。首先随机生成0至1之间的w-1个随机数，这里随数保留三位小数，由于视频图像帧的宽度和高度都是固定的，比如高清视频图像宽度为1980像素，高度为1080像素，即X＝1980，Y＝1080，将这w-1个随机数从小到大排序后，与X相乘并取整，得到的w-1个整数值即为宽度分界点值，并结合起始点0和终点1980，总共将图像的宽边分成了w段，同理，随机生成的h-1个随机数，最终可以将图像的高边分成了h段。这样实现了将图像帧分成了w×h块网格。图示中，w＝8，h＝8。
步骤S3、将临时组的图像帧按照宽度分界点和高度分界点生成w×h个网格，并将每张图像帧的所有网格按顺序进行编号。
本步骤不做具体的编号顺序限定，可以以行为单位，按列的顺序编号，也可以直接按照网格角标编号。如图2中的第一张图像帧中的黑色网格，其编号为C12，即第二行第三列(左上角网格为第0行第0列)。
步骤S4、读取临时组中的第一张图像帧，每轮随机读取其中的一个网格，当前所读网格的编号为i，将当前网格内的像素点叠加一个蒙板像素，然后读取临时组中第二张图像帧编号为i的网格，将当前网格内的像素点叠加另一个蒙板像素，直至临时组中所有图像帧中编号为i的网格均完成叠加蒙板像素，这些网格内的像素点、蒙板像素先后保存，并加入起始标记、网格编号、分界点值和结束标记，形成一个暂存数据行；蒙板像素的获取方法为：获取临时组其它图像帧中编号为i的网格的相邻网格，取所述相邻网格内所有像素点的RGB分量的像素平均值作为蒙板像素。
第一张图像帧被分为了64块网格，每轮随机读取其中的一个网格，总共需要读取64次才能将所有网格处理完毕。假设当前读取的是图示黑色网格，将当前网格内的像素点叠加一个蒙板像素。这里蒙板像素是指，在其它图像帧中编号为i的网格的相邻网格，取所述相邻网格内所有像素点的RGB分量的像素平均值作为蒙板像素。相邻网格是指上下左右网格，如果没有其中的某些网格，则略去，比如对于左上角网格，则相邻网格为右网格和下网格。图示黑色网格的蒙板像素是图示第二第三张图像帧中阴影网格内的所有像素点的RGB分量的平均值。将蒙板像素叠加至黑色网格内的每个像素点后，其像素颜色出现明显变化。需要说明的是，这里叠加蒙板像素并非直接改变网格内的像素时，而是读取网格内的像素点叠加蒙板像素后保存至暂存数据行中。
然后读取第二张图像帧中编号为i的网格，即与黑色网格位置相同的网格，图示2中的第二张图像帧中黑色网格的蒙板像素是第一第三张图像帧中阴影网格内所有像素点的RGB分量的平均值，将蒙板像素叠加到第二张图像帧的黑色网格的每个像素点。然后第三张图像帧中编号为i网格采用同样的叠加蒙板像素操作。
最后三张图像帧中的黑色网格叠加蒙板像素保存至一个暂存数据行。同时在暂存数据行中还包括起始标记、网格编号、分界点值和结束标记，其中最起始标记、网格编号、分界点值按顺序作为暂存数据行的头部，结束标记作为暂存数据行的尾部。
步骤S5、当所有编号的网格均处理完毕后，得到w×h个暂存数据行，将这些暂存数据行打包，最后发送至编码模块。
三张图像帧中的编号相同的网格的像素点保存在同一个暂存数据行，因此三张图像帧总共生成了w×h个暂存数据行，将这些暂存数据行打包发送。此时清空临时组的图像帧，继续从帧组内随机读取至少两张图像帧保存至临时组中，重复步骤S2，直至帧组内的图像帧全部读取完毕。如果在进行一次从帧组内随机读取图像帧时，帧组内只最后剩下一张图像帧，此时不足以进行下一次读取，则直接将最后的一张图像帧添加至临时组中。
帧组内的图像帧经过最后一次读取后，即读取完毕后，再次从缓存队列中读取若干图像帧保存至所述帧组内，如一次性读取30帧。
打包后的数据包编码后通过视频无线发送器发送，视频无线接收器接收数据包并解码，最后通过输出接口发送至高密级系统解密显示。
解密过程为相反过程，首先解包，由于w和h是已知的，因此直接从解包后的数据中找到w×h个起始标记和对应的结束标记，这样就可以定位出w×h个暂存数据行，然后从这些暂存数据行中按顺序找到网格编号，比如首先查找网格编号为C00的网格，从宽度分界点值和高度分界点值可以知道当前网格的宽度和高度，即可知道当前网格内有多少像素点，然后从分界点值后方直至结束标记之间的数据就是各张图像帧相同位置网格的像素点。比如对于网格C00，最小一个宽度分界点值和起始点0之前的的像素数目就是网格C00的宽度，最小一个高度分界点值和起始点0之前的的像素数目就是网格C00的高度，这样就可以得到网格C00的像素点数目，假设数目为S，然后从分界点值后方开始取S个像素点，S个像素点后方的一个像素值即为蒙板像素，这样就可以定位到蒙板像素，在暂存数据行无需给出蒙板像素的位置，增加蒙板像素的隐蔽性，进而提高数据的安全性。
在另一种方式中，在得到当前网格C00的像素点数目后，即得到网格内像素大小，根据从分界点值后方直至结束标记之间的数据大小(基本为网格内像素大小的三倍)，平均分成三块，每块的最后一个像素即为蒙板像素。
将网格像素点减去蒙板像素即可还原网格的原始像素。因此当所有编号的网格遍历后，即可还原得到原始的图像帧，图示为三张像素帧。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高清视频安全隔离显示网关，其特征在，所述网关包括整机屏蔽壳，所述整机屏蔽壳上有输入接口和输出接口，所述整机屏蔽壳内有加密模块、编码模块、解码模块、内部信息屏蔽壳，所述内部信息屏蔽壳内有视频无线发送器和视频无线接收器，所述输入接口通过所述加密模块、编码模块连接至所述视频无线发送器，所述视频无线接收器通过解码模块连接至所述输出接口；
所述加密模块加密过程如下：
步骤S1、设置一个帧组和缓存队列，连续接收图像帧并保存至缓存队列内，以先入先出方式从缓存队列中读取若干图像帧保存至所述帧组内；
步骤S2、每次从所述帧组内读取至少两张图像帧保存至临时组中，随机生成0至1之间的w-1个随机数，将这w-1个随机数乘以X取整作为图像帧的宽度分界点值，随机生成0至1之间的h-1个随机数，将这h-1个随机数乘以Y取整作为图像帧的高度分界点值，这里X和Y分别是图像帧的宽度和高度；w为图像帧划分网格的宽边划分数量，h为图像帧划分网格的高边划分数量；
步骤S3、将临时组的图像帧按照宽度分界点和高度分界点生成w×h个网格，并将每张图像帧的所有网格按顺序进行编号；
步骤S4、读取临时组中的第一张图像帧，每轮随机读取其中的一个网格，当前所读网格的编号为i，将当前网格内的像素点叠加一个蒙板像素，然后读取临时组中第二张图像帧编号为i的网格，将当前网格内的像素点叠加另一个蒙板像素，直至临时组中所有图像帧中编号为i的网格均完成叠加蒙板像素，这些网格内的像素点、蒙板像素先后保存，并加入起始标记、网格编号、分界点值和结束标记，形成一个暂存数据行；蒙板像素的获取方法为：获取临时组其它图像帧中编号为i的网格的相邻网格，取所述相邻网格内所有像素点的RGB分量的像素平均值作为蒙板像素；
步骤S5、当所有编号的网格均处理完毕后，得到w×h个暂存数据行，将这些暂存数据行打包，最后发送至编码模块。
2.如权利要求1所述高清视频安全隔离显示网关，其特征在，其中最起始标记、网格编号、分界点值按顺序作为暂存数据行的头部，结束标记作为暂存数据行的尾部。
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