CN112954371A - 直播内容es特征码提取方法及直播内容一致性比对方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种直播内容ES特征码提取方法及直播内容一致性比对方法，所述ES特征码提取方法包括：对视频ES流进行协议解析，检索数据流中的NALU数据单元的起始符，若找到NALU数据单元的起始字节，则对NALU数据单元的起始字节进行解析，提取其中的NALU类型字段nal_unit_type；若nal_unit_type＝Slice，则表明这个NALU数据单元的净核存放了图像的分片信息，这时对NALU净核进行安全哈希算法加密，生成SHA‑1值；使用加密算法对SHA‑1值进行加密，并携带当前ES帧的UTC时间标签，作为ES特征码。本发明可对IPTV直播视频的ES码流中的图片条带数据进行SHA‑1安全哈希算法加密,生成直播视频流特征码，用于实现高效的IPTV直播视频流内容一致性检测系统，及时发现直播节目被篡改的安全问题。
Description
技术领域
本发明属于网络安全技术领域，涉及一种直播内容一致性比对系统，尤其涉及一种直播 内容ES特征码提取方法及直播内容一致性比对方法。
背景技术
近年来，随着我国“三网融合”政策的全面推广，IPTV建设管理积极适应信息化、网络 化发展大势，实现快速发展，IPTV用户规模已近三亿，成为传播正能量、弘扬主旋律的一支 重要力量。
IPTV是广播电视在新媒体领域的重要延伸，是重要的宣传思想文化平台和意识形态阵地。 IPTV建设管理关系国家政治安全、文化信息安全、意识形态安全，关系满足人民美好生活新 期待，坚持安全为要、可管可控，确保IPTV内容安全、传输安全、播出安全，以高质量文化 供给增强人民群众的获得感、幸福感。
近年来，电视类业务被黑客、敌对势力攻击的情况时有发生，造成极其恶劣的影响。由 于IPTV直播业务受众面广，尤其是在国家重大会议、庆典活动、节假日和赛事中，如果直播 业务被非法篡改，其产生的不良影响和后果将不可估量，因此IPTV运营商必须要将直播内容 安全保障提升到一个特别重要的高度，一旦发现潜在的安全问题，就需要进行秒级安全处理 (一键关停或主备内容切换)。
IPTV直播内容一致性检测系统主要包括两个组成部分，即特征码提取设备和比对服务器。 特征码提取设备部署在IPTV网络的不同检测点(通常包括源节点和监控节点)，提取直播视 频特征码并上传给比对服务器，比对服务器将不同检测点上传的特征码进行同步比对，判断 直播内容是否一致。目前业界的IPTV直播内容一致性检测系统主要采用两种类型的特征码提 取方法，即TS码流层特征码和图像层特征码。
TS码流层特征码主要是对广电领域常用的MPEG2-TS传输码流进行计算处理而提取的，例 如计算TS包数据内容的MD5值来作为特征码。这种特征码计算方法简单高效，适合于在IPTV 网络上下游节点不会对IP视频流中所承载的TS码流内容进行修改的场景进行内容一致检测。 虽然常用的IP网络设备(如交换机、路由器等)不会对IP包的净核部分(TS码流)进行修 改，但仍存在不少IPTV网络设备(如复用设备、IP流矩阵等)会对TS码流层的信息进行修 改(例如：插入PSI表格、更改音视频PID信息等)，这就会导致TS码流层的特征码发生变 化，而音视频内容本身是没有发生变化的，从而造成误告警。
图像层特征码是先将IPTV直播视频流解码还原成图像，然后对图像中的像素进行处理计 算提取的。这种特征码提取方法不受TS码流数据包附加信息(如PSI表格和PID信息)、编 码格式(如H.264/H.265/AVS等)变化的影响，可以做到同人眼相同的视频内容一致性比对 结果，因此可以适应于各种安全监控场景。但由于图像层特征码计算需要对视频流进行解码 和图像还原，这就对特征码提取设备的性能提出了很高的要求，一台图像层特征码提取设备 能够处理的视频流数量会大幅度低于码流层特征值提取设备，这就对直播安全比对系统的建 设成本造成了较大的压力。
由于以上两种特征码提取方法各有优缺点，因此业界十分需要一种IPTV直播内容一致性 检测系统的特征码提取方法，它既不需要对视频流进行解码和图像还原，同时又可尽量不受 IPTV网络设备(如复用设备、IP流矩阵等)对TS码流层信息修改所造成的影响。要达到该 目标的一种可行方案就是对介于TS码流层和图像层之间的ES(ElementaryStream)基本流 层的数据信息进行加工处理。
图1为现有视频流数据包的组成示意图；如图1所示，视频流接收设备首先获取的是TS 层的数据包(188字节)，然后将TS包进行重组，组装成PES层数据包，进而将PES包的净核 数据提取成ES码流。ES码流中包含了SPS(Sequence Parameter Sets，即序列参数集)、PPS(Picture Parameter Set，图片参数集)和图片Slice条带数据(即图片的原始编码数据)。由于SPS和PPS等控制信息也可能被IPTV网络设备所改变，只有Slice条带数据是不 会被修改的(除非经过了重新编转码)，因此对Slice条带数据进行特征码提取最能反映出原始视频画面的真实面貌。
有鉴于此，如今迫切需要设计一种直播系统中特征码提取方式，以便克服现有提取方式 存在的上述缺陷。
发明内容
本发明提供一种直播内容ES(Elementary Stream,基本流)特征码提取方法及直播内容 一致性比对方法，可对IPTV直播视频的ES码流中的图片条带数据进行SHA-1安全哈希算法 加密,生成直播视频流特征码，用于实现高效的IPTV直播视频流内容一致性检测系统，及时 发现直播节目被篡改的安全问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，采用如下技术方案：
一种直播内容基本流ES特征码提取方法，所述方法包括：
步骤S1、对视频ES流进行协议解析，检索数据流中的NALU数据单元(NetworkAbstract Layer Unit，网络抽象层数据单元)的起始符，若找到NALU数据单元的起始字节，则跳转到 步骤S2，否则继续循环查找；
步骤S2、对NALU数据单元的起始字节进行解析，提取其中的NALU类型字段nal_unit_type；
步骤S3、若nal_unit_type＝Slice，则表明这个NALU数据单元的净核存放了图像的分片 信息，这时对NALU净核进行安全哈希算法加密，生成SHA-1值；
步骤S4、使用加密算法对SHA-1值进行加密，并携带当前ES帧的UTC时间标签，作为ES特征码。
作为本发明的一种实施方式，所述方法进一步包括步骤S5、向上级调用模块返回ES特征 码。
作为本发明的一种实施方式，所述步骤S4中，使用SM4加密算法对SHA-1值进行加密。
一种直播内容一致性比对方法，所述比对方法包括权利要求1至4任一所述的基本流ES 特征码提取方法；
所述比对方法还包括：
ES特征码同步步骤，输出ES同步标识Syn_ES，指示源节点和监控节点的ES特征码是否 能实现同步匹配；
ES特征码循环比对步骤，对源节点和监控节点视频流的ES特征码进行循环采集和比对， 并输出比对检测结果Result；
若Result＝1,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容一致，程序继续执行 特征码循环比对步骤；
若Result＝2,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输出“比 对异常”告警；
若Result＝3,则说明连续6个5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输 出“比对长期异常”告警，并重新执行ES/图像特征码同步步骤。
本发明的有益效果在于：本发明提出的直播内容ES特征码提取方法及直播内容一致性比 对方法，可对IPTV直播视频的ES码流中的图片条带数据进行SHA-1安全哈希算法加密,生成 直播视频流特征码，用于实现高效的IPTV直播视频流内容一致性检测系统，及时发现直播节 目被篡改的安全问题。
附图说明
图1为现有视频流数据包的组成示意图。
图2为本发明一实施例中ES特征码提取方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。
为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明优选实施方案进行描述，但是应当理 解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明权利要求的限制。
该部分的描述只针对几个典型的实施例，本发明并不仅局限于实施例描述的范围。相同 或相近的现有技术手段与实施例中的一些技术特征进行相互替换也在本发明描述和保护的范 围内。
在本发明的说明书中，SHA-1为Secure Hash Algorithm 1，中文名：安全散列算法1； UTC为协调世界时。
本发明揭示了一种直播内容基本流ES特征码提取方法，图2为本发明一实施例中ES特 征码提取方法的流程图；请参阅图2，所述方法包括：
步骤S1、对视频ES流进行协议解析，检索数据流中的NALU数据单元的起始符(如0x000001)，若找到NALU数据单元的起始字节，则跳转到步骤S2，否则继续循环查找；
步骤S2、对NALU数据单元的起始字节(即包头)的字节进行解析，提取其中的NALU类 型字段nal_unit_type；
步骤S3、若nal_unit_type＝Slice，则表明这个NALU数据单元的净核存放了图像的分片 信息，这时对NALU净核进行安全哈希算法加密，生成SHA-1值；
SHA-1(Secure Hash Algorithm 1，安全散列算法1)是一种密码散列函数，美国国家安 全局设计，并由美国国家标准技术研究所(NIST)发布为联邦数据处理标准(FIPS)。SHA-1 可以生成一个被称为消息摘要的160位(20字节)散列值，散列值通常的呈现形式为40个十 六进制数。
步骤S4、使用加密算法对SHA-1值进行加密，并携带当前ES帧的UTC时间标签，作为ES特征码。在一实施例中，使用SM4加密算法对SHA-1值进行加密。
在本发明的一实施例中，所述方法进一步包括步骤S5、向上级调用模块返回ES特征码。
一种直播内容一致性比对方法，所述比对方法包括上述的基本流ES特征码提取方法。
在本发明的一实施例中，所述比对方法具体包括：
步骤1、基本流ES特征码提取步骤；具体可参阅以上实施例。
步骤2、ES特征码同步步骤，输出ES同步标识Syn_ES，指示源节点和监控节点的ES特 征码是否能实现同步匹配。
步骤3、ES特征码循环比对步骤，对源节点和监控节点视频流的ES特征码进行循环采集 和比对，并输出比对检测结果Result。
若Result＝1,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容一致，程序继续执行 特征码循环比对步骤；
若Result＝2,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输出“比 对异常”告警；
若Result＝3,则说明连续6个5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输 出“比对长期异常”告警，并重新执行ES/图像特征码同步步骤。
所述步骤2(ES特征码同步步骤)具体包括如下步骤：
步骤21、源节点和监控节点的探针设备分别采集各自监测点的直播ES视频流；
步骤22、源节点探针按每秒钟一次的频度采集视频的ES特征码，并送入源节点缓冲区 BufE_s；监控节点探针也按每秒钟一次的频度采集视频的ES特征码，并送入监控节点缓冲区 BufE_d；
在本发明的一实施例中，采集图像特征码的过程包括对从ES视频解码还原的图片进行灰 度化处理，即将图片中的彩色像素点转换为灰度像素点；将灰度化的图片按[NxN]的区块单元 大小进行平均分割，缺省N＝64；计算每个区块内像素点的平均亮度值，并存入图像特征码矩 阵Lumi[NxN]；使用SM4加密算法对图像特征码矩阵Lumi[NxN]进行加密，并携带当前帧的UTC 时间标签，作为图像特征码；
步骤23、若Len(BufE_s)>＝60ANDLen(BufE_d)>＝30，这说明源节点缓冲区和监控节点 缓冲区所缓冲的ES特征码数量已经达到了执行同步比对所需的预设目标；
步骤24、执行同步比对流程，即在源节点的BufE_s中对特征码进行模式匹配查找，检测 是否存在监控节点BufE_d中有连续5秒特征码数值与BufE_s连续5秒特征码数值相等的情 况；
步骤25、若同步匹配成功，即存在源节点和监控节点的缓冲区中有连续5秒特征码完全 相等的情况，则该模块输出Syn_ES＝true，否则输出Syn_ES＝false。
所述步骤3(ES特征码循环比对步骤)具体包括如下步骤：
步骤31、根据步骤S21中所描述的ES特征码同步结果，将源节点的ES特征码写入源ES特征码缓冲区BufX_s；将监控节点的ES特征码写入监控ES特征码缓冲区BufX_d；
步骤32、若Len(BufX_s)>＝60且Len(BufX_d)>＝30，这表明源节点缓冲区或监控节点缓 冲区中的特征码数量超过了缓冲区的门限，即发生溢出，这时该模块输出结果Result＝3，并 退出；
若Len(BufX_s)>＝5且Len(BufX_d)>＝5，这说明源节点缓冲区和监控节点缓冲区中的特 征码都达到了5秒，这时可以对源节点和监控节点缓冲区中的最早5秒缓冲区特征码进行比 对,完成后从缓冲区中移除已比对的5秒特征码；
若源节点和监控节点的5秒特征码比对一致，则输出结果Result＝1，并退出；若出现连 续30秒特征码比对不一致，则输出结果Result＝3，否则输出结果Result＝2，并退出。
综上所述，本发明提出的直播内容ES特征码提取方法，可对IPTV直播视频的ES码流中 的图片条带数据进行SHA-1安全哈希算法加密,生成直播视频流特征码，用于实现高效的I PTV 直播视频流内容一致性检测系统，及时发现直播节目被篡改的安全问题。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中 的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾， 都应当认为是本说明书记载的范围。
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这 里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替 换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本 质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部 件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形 和改变。
Claims (5)
1.一种直播内容一致性比对系统的基本流ES特征码提取方法，其特征在于，所述特征码提取方法包括：
步骤S1、对视频ES流进行协议解析，检索数据流中的NALU数据单元的起始符，若找到NALU数据单元的起始字节，则跳转到步骤S2，否则继续循环查找；
步骤S2、对NALU数据单元的起始字节进行解析，提取其中的NALU类型字段nal_unit_type；
步骤S3、若nal_unit_type＝Slice，则表明这个NALU数据单元的净核存放了图像的分片信息，这时对NALU净核进行安全哈希算法加密，生成SHA-1值；
步骤S4、使用加密算法对SHA-1值进行加密，并携带当前ES帧的UTC时间标签，作为ES特征码。
2.根据权利要求1所述的直播内容基本流ES特征码提取方法，其特征在于：
所述方法进一步包括步骤S5、向上级调用模块返回ES特征码。
3.根据权利要求1所述的直播内容基本流ES特征码提取方法，其特征在于：
所述起始符为0x000001。
4.根据权利要求1所述的直播内容基本流ES特征码提取方法，其特征在于：
所述步骤S4中，使用SM4加密算法对SHA-1值进行加密。
5.一种直播内容一致性比对方法，其特征在于，所述比对方法包括权利要求1至4任一所述的基本流ES特征码提取方法；
所述比对方法还包括：
ES特征码同步步骤，输出ES同步标识Syn_ES，指示源节点和监控节点的ES特征码是否能实现同步匹配；
ES特征码循环比对步骤，对源节点和监控节点视频流的ES特征码进行循环采集和比对，并输出比对检测结果Result；
若Result＝1,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容一致，程序继续执行特征码循环比对步骤；
若Result＝2,则说明当前5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输出“比对异常”告警；
若Result＝3,则说明连续6个5秒采样的源节点和监控节点的视频内容不一致，程序输出“比对长期异常”告警，并重新执行ES/图像特征码同步步骤。
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