CN112689195B - 视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质 - Google Patents
视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供一种视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质，该方法包括：对视频分片进行码流解析；读取视频分片中的视频序列组；统计视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量；计算视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值；若比值小于预设阈值，则提取视频序列组中的第一待加密信息；若比值不小于预设阈值，则提取视频序列组中的第二待加密信息；对第一待加密信息或第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。本发明针对不同视频序列组提取不同关键数据进行加密，满足不同应用场景的加密需求，有效保护视频内容和保证视频安全性。将各视频分片分布式并行加密，能减少任务执行时间从而减少能耗。
Description
技术领域
本发明涉及视频加密技术领域，具体涉及一种视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质。
背景技术
视频被广泛应用于视频网站、网络电视、视频会议、监控等各个领域，视频安全一直受到高度重视，加密是数据保护最直接的方法。视频的数据量以海量级别增加，大量视频加密时对加密机性能和加密速度有较高要求；4K、8K等高质量视频更具有保护价值，大多数方案都是基于压缩编码过程中的加密，复杂度高极易带来压缩比变化；视频业务多样化，不同应用场景的加密需求不同。
发明内容
本发明提供一种视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质，满足不同应用场景的加密需求，能有效保护视频内容和保证视频安全性。
本发明的技术方案如下：
第一方面，本发明提供一种视频加密方法，包括：
对视频分片进行码流解析；
读取所述视频分片中的视频序列组；
统计所述视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量；
计算所述视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值；
若所述比值小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第一待加密信息；
若所述比值不小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第二待加密信息；
对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
更进一步地，所述对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文，包括：
采用AES加密算法对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文进行加密，生成视频分片密文。
更进一步地，所述对视频分片进行码流解析，得到所述视频分片的参数，包括：视频分片的编码方式、分辨率、帧率以及码率。
更进一步地，所述第一待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元、视频序列B slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元。
更进一步地，所述第二待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元。
第二方面，本发明提供一种视频加密系统，包括：
解析模块，用于对视频分片进行码流解析；
读取模块，用于读取所述视频分片中的视频序列组；
统计模块，用于统计所述视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列Bslice的数据量；
提取模块，用于计算所述视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列Bslice数据量的比值；若所述比值小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第一待加密信息；若所述比值不小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第二待加密信息；
加密模块，用于对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
第三方面，本发明提供一种分布式加密系统，包括：
主服务器，用于将待加密的视频的各视频分片作为任务分发给各个从服务器；
多个从服务器，用于利用第一方面所述的视频加密方法，对待加密的视频分片进行加密得到视频分片密文。
更进一步地，所述分布式加密系统还包括：
HDFS，用于存储待加密的视频及其密文，所述待加密的视频以视频分片形式存储；
所述多个从服务器，还用于将视频分片密文输出至HDFS。
第四方面，本发明提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如第一方面所述的视频加密方法。
第五方面，本发明提供一种存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现第一方面所述的视频加密方法。
本发明提供一种视频加密方法、分布式加密系统、电子设备及存储介质，以视频序列组为单位进行数据提取，以视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量的比值与预设阈值之间的关系，将视频序列组分为运动剧烈和运动不剧烈的两种形式，针对不同视频序列组，提取不同的关键数据进行加密，满足不同应用场景的加密需求，避免对视频结构破坏严重，能有效保护视频内容和保证视频安全性，实时性高。此外，将待加密的视频的各视频分片分布式并行加密，能够减少任务执行时间，提高加密效率从而达到减少能耗的目的，且由于对视频分片加密过程中，又以视频序列组为单位进行加密，实现对待加密视频的细粒度加密，既能保证视频的完整性又能保证视频的加密安全。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种视频加密方法流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种视频加密系统框图；
图3是本发明实施例三提供的一种分布式加密系统框图；
图4是本发明实施例三提供的另一种分布式加密系统框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
图1示出了一种视频加密方法流程图，如图1所示，本实施例提供一种视频加密方法，包括以下步骤：
步骤S110、对视频分片进行码流解析。
具体地，对视频分片进行码流解析，可以得到视频分片的参数，包括：视频分片的编码方式、分辨率、帧率以及码率。
步骤S120、读取视频分片中的视频序列组。
由于不同分辨率、码率的视频或视频分片包含的信息量也差别较大，因此通过可变粒度的视频加密策略，可满足不同视频业务和不同应用场景对安全性和实时性的不同需求。不同视频所包含的纹理信息和运动信息存在着很大的区别，对某一种类型的NAL单元加密，不同视频加密后的效果不同，同一视频中不同视频序列组GOP的加密效果也不同，因此，采用细粒度的视频选择性加密保护，在保证安全性和较低PSNR(Peak Signal-to-NoiseRatio，峰值信噪比)、SSIM(structural similarity index，结构相似性)值的情况下，应降低加密的数据量且使加密方案更加有针对性，对于画面运动不剧烈的视频，加密帧内编码的图像已经能达到较低的PSNR和SSIM，加密所有的P slice对其PSNR降低效果并不明显，对运动对象能有效保护，加密的P slice数据中还有较多冗余；对于画面运动剧烈的视频，加密P slice已经能有效降低视频的PSNR和SSIM，加密帧内图只是便于降低IDR和CRA之后几帧的视频帧的PSNR峰值。本实施例以视频序列组GOP(Group of picture)为单位进行加密，实现对视频细粒度的选择性加密保护，视频序列组分为运动剧烈和运动不剧烈的两种形式。
步骤S130、统计视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量。
具体地，视频序列P slice中含有较多的P宏块和I宏块，即视频序列P Slice中含有较多的预测信息和帧内信息。视频序列B slice是双向预测，含有较多的帧间信息，其数量值越大，说明前后帧间的差别越大。
步骤S140、计算视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值。
以多个视频测试序列为例计算视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值，其中每个视频测试序列包含两个视频序列组GOP，运动性评价、Pslice数据量与B slice数据量及两者的比值N如表1所示：
表1
| 视频序列 | 判断运动性 | P slice | B slice | N |
| Johnny_1280x720_60.h264 | 否 | 1786988 | 372654 | 4.795 |
| BasketballPass_416x240_50.h264 | 否 | 1231901 | 321372 | 3.833 |
| FourPeople_1280x720_60.h264 | 否 | 1031553 | 456792 | 2.258 |
| BasketballDrive_1920x1080.h264 | 是 | 5034444 | 4545000 | 1.107 |
| Flowervase_832x480_30.h265 | 否 | 356593 | 77604 | 4.595 |
| Cactus_1920x1080_50.h265 | 否 | 2583271 | 1283313 | 2.013 |
| PartyScene_832x480_50.h265 | 否 | 1591512 | 634045 | 2.510 |
| BasketballDrive_1920x1080_50.h265 | 是 | 2480880 | 2017627 | 1.230 |
| Keiba_832x480_30.h265 | 是 | 628680 | 375796 | 1.673 |
| Tennis_1920x1080_24.h265 | 是 | 1048176 | 1314652 | 0.797 |
步骤S150、判断该比值是否小于预设阈值：若该比值小于预设阈值，则执行步骤S160，否则，执行步骤S170。
步骤S160、提取视频序列组中的第一待加密信息，执行步骤S180。
步骤S170、提取视频序列组中的第二待加密信息，执行步骤S180。
其中，第一待加密信息，包括：视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元、视频序列B slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元。
第二待加密信息，包括：视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元及视频序列Islice的NAL单元。
通过表1可以看出，可设置预设阈值为1.9，比值N小于1.9的视频序列是运动剧烈的视频序列，反之，则是运动不剧烈的视频序列。
步骤S180、对第一待加密信息或第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
具体地，采用openssl库中的AES加密算法(例如AES-128)对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。可以根据实际应用场景需求确定数据加密深度，调控加密的数据量，来满足不同应用场景的加密需求。
本实施例中，以视频序列组为单位进行数据提取，以视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量的比值与预设阈值之间的关系，将视频序列组分为运动剧烈和运动不剧烈的两种形式，针对两种不同视频序列组，提取不同的关键数据进行加密，满足不同应用场景的加密需求，避免对视频结构破坏严重，能有效保护视频内容和保证视频安全性，实时性高。
实施例二
图2示出了一种视频加密系统框图，与实施例一对应地，本实施例提供一种视频加密系统，如图2所示，该系统包括：
解析模块110，用于对视频分片进行码流解析；
读取模块120，用于读取视频分片中的视频序列组；
统计模块130，用于统计视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列Bslice的数据量；
提取模块140，用于计算视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列Bslice数据量的比值；若该比值小于预设阈值，则提取视频序列组中的第一待加密信息；若该比值不小于预设阈值，则提取视频序列组中的第二待加密信息；
加密模块150，用于对第一待加密信息或第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
可以理解的是，解析模块110可用于执行实施例一中的步骤S110,读取模块120可用于执行实施例一中的步骤S120,统计模块130可用于执行实施例一中的步骤S130，提取模块140可用于执行实施例一中的步骤S140至步骤S170，加密模块150可用于执行实施例一中的步骤S180。
实施例三
本实施例提供一种分布式加密系统，包括：
主服务器Master，用于将待加密的视频的各视频分片作为任务分发给各个从服务器。
多个从服务器Worker，用于利用实施例一提供的视频加密方法，对待加密的视频分片进行加密得到视频分片密文。
具体地，本实施例采用Spark框架构建分布式加密系统，实现对海量视频数据处理，能保证较高的视频加密效率。Spark分布式处理数据的原理是将输入资源切分为很多小任务，然后将这些小任务的数据封装成一个个弹性分布式数据集(RDD)，利用Spark对RDD数据实现基于内存计算和并行处理。通过将待加密的视频的各视频分片(比如按时间分片获得的各视频分片)分别构建弹性分布式数据集RDD(Resilient Distributed Dataset)，并将各个弹性分布式数据集RDD分发给各个从服务器，实现待加密视频的分布式加密处理。
作为一种优选方式，该分布式加密系统还可以进一步包括：
分布式文件系统HDFS，用于存储待加密的视频及其密文，待加密的视频文件以视频分片形式存储；
多个从服务器，还用于将视频分片密文输出至分布式文件系统HDFS。
具体地，如图3所示，当视频文件数据量较大，实时性要求不高时，可以借助分布式文件系统HDFS，先将视频文件以视频分片形式存储到HDFS中(例如，将海量视频用ffmpeg切片封装后依次存储到HDFS中，视频和视频分片以一定规则命名)，Spark读取HDFS中的视频数据构建RDD进行分布式处理，主服务器Master从HDFS读取待加密的视频的各视频分片，并将各视频分片的RDD作为任务分发给各个从服务器worker，利用实施例一提供的视频加密方法加密完成后，各个从服务器worker将各视频分片密文反馈给主服务器Master。
如图4所示，如果要处理的视频是流式数据，对实习性要求较高，为避免文件存储读写过程，可以借助Spark Streaming的流式处理功能对视频进行RDD的构建及处理，例如SparkStreaming将接收到的流式数据分解成一系列短小的批处理作业，即对接收到的视频流按照批尺寸batch size(如30秒，60秒)分成一段段数据，并在加密完成后将视频流式输出。各个从服务器worker对弹性分布式数据集RDD进行处理，即：利用实施例一提供的视频加密方法，对待加密的视频分片进行加密得到视频分片密文，将视频分片密文RDD返回给主服务器Master。值得说明的是，实施例一提供的视频加密方法可以以实施例二提供的视频加密系统的方式实现并部署在各从服务器worker中。
本实施例中，将待加密的视频的各视频分片分布式并行加密，减少任务执行时间，提高加密效率从而达到减少能耗的目的，且由于对视频分片加密过程中，又以视频序列组为单位进行加密，实现对待加密视频的细粒度加密，既能保证视频的完整性又能保证视频的加密安全。
实施例四
本实施例提供一种电子设备，包括存储器和处理器，该存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被该处理器执行时实现实施例一的视频加密方法。
本实施例中的处理器可以是专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、数字信号处理设备(Digital Signal Processing Device，简称DSPD)、可编程逻辑器件(ProgrammableLogic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例中的视频加密方法。在处理器上运行的计算机程序被执行时所实现的视频加密方法可参照视频加密方法的具体实施例，此处不再赘述。
实施例五
本实施例提供一种存储介质，该存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现实施例一的视频加密方法。
本实施例中的计算机可读存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memory，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EEPROM)，可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-OnlyMemory，简称EPROM)，可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM)，只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种视频加密方法，其特征在于，包括：
对视频分片进行码流解析；
读取所述视频分片中的视频序列组；
统计所述视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列B slice的数据量；
计算所述视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值；
若所述比值小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第一待加密信息，所述第一待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元、视频序列B slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元；
若所述比值不小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第二待加密信息，所述第二待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元；
对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
2.根据权利要求1所述的视频加密方法，其特征在于，所述对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文，包括：
采用AES加密算法对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
3.根据权利要求1所述的视频加密方法，其特征在于，所述对视频分片进行码流解析，得到所述视频分片的参数，包括：视频分片的编码方式、分辨率、帧率以及码率。
4.一种视频加密系统，其特征在于，包括：
解析模块，用于对视频分片进行码流解析；
读取模块，用于读取所述视频分片中的视频序列组；
统计模块，用于统计所述视频序列组中的视频序列P slice的数据量和视频序列Bslice的数据量；
提取模块，用于计算所述视频序列组中的视频序列P slice数据量和视频序列B slice数据量的比值；若所述比值小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第一待加密信息，所述第一待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元、视频序列Bslice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元；若所述比值不小于预设阈值，则提取所述视频序列组中的第二待加密信息，所述第二待加密信息，包括：所述视频序列组中的视频序列P slice的NAL单元及视频序列I slice的NAL单元；
加密模块，用于对所述第一待加密信息或所述第二待加密信息进行加密，生成视频分片密文。
5.一种分布式加密系统，其特征在于，包括：
主服务器，用于将待加密的视频的各视频分片作为任务分发给各个从服务器；
多个从服务器，用于利用权利要求1至3中任一项所述的视频加密方法，对待加密的视频分片进行加密得到视频分片密文。
6.根据权利要求5所述的分布式加密系统，其特征在于，还包括：
HDFS，用于存储待加密的视频及其密文，所述待加密的视频以视频分片形式存储；
所述多个从服务器，还用于将视频分片密文输出至HDFS。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如权利要求1至3中任一项所述的视频加密方法。
8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至3中任一项所述的视频加密方法。
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