CN113038182A - 一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法，装置包括：解码单元和编码单元；解码单元设置于安全网；编码单元设置于非安全网；所述解码单元与视频服务器进行交互；所述解码单元包括视频解析模块、视频硬解码模块、解码端RS485控制模块、解码端网络传输模块、解码端HDMI控制模块和yuv格式转换模块；所述编码单元与视频客户端进行交互；所述编码单元包括信令解析模块、视频硬编码模块、编码端RS485控制模块、编码端网络传输模块和编码端HDMI控制模块。本发明可以在两个相互隔离的网络中安全传输视频数据，并限制其他非视频数据的传输，从而在不破坏网络隔离的前提下保证视频安全传输。

Description

一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法

技术领域

本发明属于视频安全传输技术领域，具体涉及一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法。

背景技术

视频数据传输是指通过特定的媒介和方法实现视频信号通信。在某些特殊场合，需要在两个相互隔离的网络中传输视频信号。比如两个独立网络，一侧为安全网，另一侧为非安全网。与非安全网相比，安全网对网络中的设备访问与数据存储、传输具有安全性方面的要求。因此，为了保证数据安全，无法直接使位于两个网络中的设备直接通信传输视频数据，而需要采用安全传输策略传输视频数据，同时还要保证网络的隔离性不被破坏。

网闸技术可以实现两个隔离网络的视频通信。网闸使用带有多种控制功能的固态开关读写介质，连接两个独立主机系统的信息安全设备。由于两个独立的网络通过网闸进行隔离，使网络中的设备间不存在通信的物理连接、逻辑连接及信息传输协议，不存在依据协议进行的信息交换，而只有以数据文件形式进行的无协议摆渡。网闸通过IP和端口映射后建立数据传输通道，并不会对数据的内容进行安全检查，需要额外的安全策略。

因此，如何在不破坏网络隔离的前提下保证视频安全传输、还能对视频数据进行安全性检查，即限制非视频数据在网间传输，是本领域亟待解决的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置，包括：解码单元和编码单元；

所述解码单元设置于安全网；所述编码单元设置于非安全网；所述解码单元配置HDMI输出接口和解码端RS485接口；所述编码单元配置HDMI输入接口和编码端RS485接口；所述解码单元的HDMI输出接口和所述编码单元的HDMI输入接口之间通过HDMI信号线连接；所述解码单元的解码端RS485接口和所述编码单元的编码端RS485接口之间通过RS485线连接；

所述解码单元与视频服务器进行交互；所述解码单元包括视频解析模块、视频硬解码模块、解码端RS485控制模块、解码端网络传输模块、解码端HDMI控制模块和yuv格式转换模块；

所述编码单元与视频客户端进行交互；所述编码单元包括信令解析模块、视频硬编码模块、编码端RS485控制模块、编码端网络传输模块和编码端HDMI控制模块。

本发明还提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置的方法，包括以下步骤：

步骤1，信令交互通信流程，包括：

步骤1.1，编码单元通过编码端网络传输模块与视频客户端建立通信通道；编码单元通过编码端网络传输模块接收来自于视频客户端的视频请求信令；

步骤1.2，编码单元通过信令解析模块对视频请求信令进行适配处理，以使视频请求信令符合视频服务器的视频请求协议要求，得到处理后的视频请求信令；

步骤1.3，编码单元通过信令解析模块对处理后的视频请求信令进行校验，如果检验失败，则通过编码端网络传输模块，向视频客户端返回错误码；如果检验成功，则执行步骤1.4；

步骤1.4，编码单元通过编码端RS485控制模块，将检验成功的视频请求信令，基于RS485协议，发送到解码单元的解码端RS485控制模块；

步骤1.5，解码单元通过解码端RS485控制模块接收到来自于编码单元的视频请求信令；

步骤1.6，解码单元通过解码端网络传输模块，向视频服务器发送视频请求信令；

步骤1.7，解码单元通过解码端网络传输模块，等待并接收所述视频服务器的视频响应信令；

步骤1.8，解码单元通过解码端RS485控制模块，将视频响应信令发送到编码单元的编码端RS485控制模块；

步骤1.9，编码单元通过编码端RS485控制模块，接收到所述视频响应信令后，将所述视频响应信令通过所述编码端网络传输模块，转发给所述视频客户端；

由此实现编码单元与解码单元的信令交互通信流程；

步骤2，视频数据通信流程，包括：

步骤2.1，在解码单元接收到来自于视频服务器的视频响应信令后，解码单元等待接收来自于视频服务器的视频流数据；

步骤2.2，当解码单元通过解码端网络传输模块，接收到来自于视频服务器的视频流数据后，解码单元通过视频解析模块，对所述视频流数据进行视频封装协议的解析处理，得到以帧为单位的视频包数据；

步骤2.3，解码单元通过视频硬解码模块，对所述视频包数据进行解码处理，得到yuv格式的视频原始数据；

步骤2.4，解码单元通过yuv格式转换模块，对所述yuv格式的视频原始数据的yuv颜色空间的数据格式进行转换，得到HDMI信号；

步骤2.5，解码单元通过解码端HDMI控制模块，基于HDMI信号线，将所述HDMI信号发送给所述编码单元的编码端HDMI控制模块；

步骤2.6，所述编码单元通过编码端HDMI控制模块接收到所述HDMI信号后，对所述HDMI信号进行解析，得到YUV420格式的视频原始数据；

步骤2.7，所述编码单元通过视频硬编码模块，对所述YUV420格式的视频原始数据进行编码处理，得到H264视频包数据；

步骤2.8，所述编码单元，将所述H264视频包数据通过编码端网络传输模块发送给所述视频客户端；

由此实现将视频服务器的视频流数据，传输给所述视频客户端。

本发明提供的一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置及方法具有以下优点：

本发明可以在两个相互隔离的网络中安全传输视频数据，并限制其他非视频数据的传输，从而在不破坏网络隔离的前提下保证视频安全传输。

附图说明

图1为本发明提供的一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置的视频安全传输装置的网络位置图；

图2为本发明提供的一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置的结构原理示意图；

图3为本发明提供的信令交互通信流程图；

图4为本发明提供的视频数据通信流程图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本申请主要解决的技术问题是在两个相互隔离的网络中安全传输视频数据，并限制其他非视频数据的传输。

参考图1和图2，本发明提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置，包括两个物理单元，分别为解码单元和编码单元；

所述解码单元设置于安全网；所述编码单元设置于非安全网；所述解码单元配置HDMI输出接口和解码端RS485接口；所述编码单元配置HDMI输入接口和编码端RS485接口；所述解码单元的HDMI输出接口和所述编码单元的HDMI输入接口之间通过HDMI信号线连接；所述解码单元的解码端RS485接口和所述编码单元的编码端RS485接口之间通过RS485线连接；通过HDMI信号线和RS485线，实现安全网和非安全网之间的视频信令和视频数据通信。

解码单元和编码单元是本装置的核心部分：

所述解码单元在安全网络中，与视频服务器进行交互；所述解码单元包括视频解析模块、视频硬解码模块、解码端RS485控制模块、解码端网络传输模块、解码端HDMI控制模块和yuv格式转换模块等六个部分。

其中：

视频解析模块，主要负责解析视频封装协议。视频封装协议是指对音视频编码数据进行封装处理，以便于传输与存储。本装置支持PS、TS、MPEG和FLV等常见的视频封装协议，解析后得到H264裸流数据。

视频硬解码模块，支持H264协议的硬件解码，对于1080p@25FPS的视频码流，平均解码时间在2ms以内，具有极低的延迟。

解码端RS485控制模块，是一个定义平衡数字多点系统中的驱动器和接收器的电气特性的标准，该标准由电信行业协会和电子工业联盟定义。使用该标准的数字通信网络能在远距离条件下以及电子噪声大的环境下有效传输信号，由于本装置RS485为近距离传输，因此使用普通双绞线即可。

解码端网络传输模块，负责接入安全网络，完成信令和视频数据通信。

解码端HDMI(高清多媒体接口，High Definition Multimedia Interface)控制模块，其中，HDMI是一种全数字化视频和声音发送接口，可以发送未压缩的音频及视频信号。本装置采用HDMI2.0接口，最大支持2160p@50FPS的yuv420格式的原始视频数据，传输带宽达到18Gpbs。HDMI控制模块负责向编码单元发送视频信号。

yuv格式转换模块，负责对yuv颜色空间的数据格式进行转换。

所述编码单元在非安全网中，与视频客户端进行交互；所述编码单元包括信令解析模块、视频硬编码模块、编码端RS485控制模块、编码端网络传输模块和编码端HDMI控制模块等五个部分。

其中：

信令解析模块，负责适配视频客户端和视频服务器的信令协议。

视频硬编码模块，支持H264协议的硬件编码，对于1080p@25FPS的yuv数据，平均编码时间在3ms以内，时间延迟低。

编码端HDMI控制模块，负责接收视频信号。

本申请提供的一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置，包含两个部分，分别是解码单元和编码单元。其中解码单元负责接收来自于视频服务器的网络视频数据，解码还原视频信号，并通过HDMI接口输出视频信号；编码单元负责通过HDMI接收视频信号，并进行视频编码，再通过网络将视频数据发送给视频客户端。

本发明还提供一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置的方法，

具体包括以下步骤：

步骤1，参考图3，信令交互通信流程，包括：

步骤1.1，编码单元通过编码端网络传输模块与视频客户端建立通信通道；编码单元通过编码端网络传输模块接收来自于视频客户端的视频请求信令；

步骤1.2，编码单元通过信令解析模块对视频请求信令进行适配处理，以使视频请求信令符合视频服务器的视频请求协议要求，得到处理后的视频请求信令；

步骤1.3，编码单元通过信令解析模块对处理后的视频请求信令进行校验，如果检验失败，则通过编码端网络传输模块，向视频客户端返回错误码；如果检验成功，则执行步骤1.4；具体的，视频客户端和编码单元必须对协议进行协商，如果检验失败，则返回错误码；

步骤1.4，编码单元通过编码端RS485控制模块，将检验成功的视频请求信令，基于RS485协议，发送到解码单元的解码端RS485控制模块；

步骤1.5，解码单元通过解码端RS485控制模块接收到来自于编码单元的视频请求信令；

步骤1.6，解码单元通过解码端网络传输模块，向视频服务器发送视频请求信令；

步骤1.7，解码单元通过解码端网络传输模块，等待并接收所述视频服务器的视频响应信令；

步骤1.8，解码单元通过解码端RS485控制模块，将视频响应信令发送到编码单元的编码端RS485控制模块；

步骤1.9，编码单元通过编码端RS485控制模块，接收到所述视频响应信令后，将所述视频响应信令通过所述编码端网络传输模块，转发给所述视频客户端；

由此实现编码单元与解码单元的信令交互通信流程；

步骤2，参考图4，视频数据通信流程，包括：

步骤2.1，在解码单元接收到来自于视频服务器的视频响应信令后，解码单元等待接收来自于视频服务器的视频流数据；

步骤2.2，当解码单元通过解码端网络传输模块，接收到来自于视频服务器的视频流数据后，解码单元通过视频解析模块，对所述视频流数据进行视频封装协议的解析处理，得到以帧为单位的视频包数据；以PS格式为例，H264数据作为PS包的有效数据载荷，应根据MPEG-2PS协议对PS进行解析，最终得到H264的NAL包。H264的NAL包以帧为单位，被送入视频硬解码模块进行解码处理；

步骤2.3，解码单元通过视频硬解码模块，对所述视频包数据进行解码处理，得到yuv格式的视频原始数据；本装置中，解码后输出的yuv格式为NV12。NV12存储格式为Y平面，UV打包，即Y信息存储在一个连续的空间，UV信息存储在另一个连续的空间；

步骤2.4，解码单元通过yuv格式转换模块，对所述yuv格式的视频原始数据的yuv颜色空间的数据格式进行转换，得到HDMI信号；

具体的，本装置采用HDMI2.0接口，该接口支持YUV420格式而无法直接传输NV12格式的视频原始数据，需要将NV12转换为YUV420格式。处理完成后，将yuv视频原始数据通过HDMI接口输出。

步骤2.5，解码单元通过解码端HDMI控制模块，基于HDMI信号线，将所述HDMI信号发送给所述编码单元的编码端HDMI控制模块；

步骤2.6，所述编码单元通过编码端HDMI控制模块接收到所述HDMI信号后，对所述HDMI信号进行解析，得到YUV420格式的视频原始数据；

步骤2.7，所述编码单元通过视频硬编码模块，对所述YUV420格式的视频原始数据进行编码处理，得到H264视频包数据；具体的，YUV420数据以帧为单位送入视频硬编码模块，视频硬编码模块对视频数据处理后输出H264视频包；

步骤2.8，所述编码单元，将所述H264视频包数据通过编码端网络传输模块发送给所述视频客户端；

由此实现将视频服务器的视频流数据，传输给所述视频客户端。

本发明涉及的技术要点：1.一种视频安全传输装置的设计方案，该装置包含解码单元和编码单元两部分，其中解码单元由六个模块组成，编码单元由五个模块组成；2.本装置中信令和视频数据的处理及传输过程。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明采用的方案包含解码单元和编码单元两部分，结构简单，易于操作，一般不需要专人进行维护。

在传统使用网闸技术的方案中，需要增加预算单独采购网闸设备，由于网闸设备操作的复杂性，还需要配置专门的网闸运维人员。网闸的设计方案复杂，由两套各自独立的系统分别连接安全和非安全的网络，两套系统之间通过网闸进行信息摆渡，保证两套系统之间没有直接的物理通路。

(2)本发明主要解决两个相互隔离网络的视频信号传输，还需要保证安全网络的非视频数据不可访问性。

视频服务器位于安全网一侧，数据访问是单向的，即只能由非安全一侧向安全一侧发送视频请求信令，视频服务器响应请求后，通过本装置转发视频数据，而非视频数据无法通过本装置，从而保证了安全网的数据安全。

而传统方案中，使用网闸方案传输视频，当数据通道建立后，网闸无法对数据的内容进行安全检测与限制，安全网络中的非视频数据存在被非法访问的风险。

(3)本发明具有良好的扩展性，一套装置可以传输一路视频，可以根据视频传输通道的数量需求进行精准配置。

而传统网闸方案则无法根据需求进行精准配置。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置，其特征在于，包括：解码单元和编码单元；

所述解码单元设置于安全网；所述编码单元设置于非安全网；所述解码单元配置HDMI输出接口和解码端RS485接口；所述编码单元配置HDMI输入接口和编码端RS485接口；所述解码单元的HDMI输出接口和所述编码单元的HDMI输入接口之间通过HDMI信号线连接；所述解码单元的解码端RS485接口和所述编码单元的编码端RS485接口之间通过RS485线连接；

所述解码单元与视频服务器进行交互；所述解码单元包括视频解析模块、视频硬解码模块、解码端RS485控制模块、解码端网络传输模块、解码端HDMI控制模块和yuv格式转换模块；

所述编码单元与视频客户端进行交互；所述编码单元包括信令解析模块、视频硬编码模块、编码端RS485控制模块、编码端网络传输模块和编码端HDMI控制模块。

2.一种权利要求1所述的通过硬件编解码技术实现视频安全传输的装置的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，信令交互通信流程，包括：

步骤1.1，编码单元通过编码端网络传输模块与视频客户端建立通信通道；编码单元通过编码端网络传输模块接收来自于视频客户端的视频请求信令；

步骤1.2，编码单元通过信令解析模块对视频请求信令进行适配处理，以使视频请求信令符合视频服务器的视频请求协议要求，得到处理后的视频请求信令；

步骤1.3，编码单元通过信令解析模块对处理后的视频请求信令进行校验，如果检验失败，则通过编码端网络传输模块，向视频客户端返回错误码；如果检验成功，则执行步骤1.4；

步骤1.4，编码单元通过编码端RS485控制模块，将检验成功的视频请求信令，基于RS485协议，发送到解码单元的解码端RS485控制模块；

步骤1.5，解码单元通过解码端RS485控制模块接收到来自于编码单元的视频请求信令；

步骤1.6，解码单元通过解码端网络传输模块，向视频服务器发送视频请求信令；

步骤1.7，解码单元通过解码端网络传输模块，等待并接收所述视频服务器的视频响应信令；

步骤1.8，解码单元通过解码端RS485控制模块，将视频响应信令发送到编码单元的编码端RS485控制模块；

步骤1.9，编码单元通过编码端RS485控制模块，接收到所述视频响应信令后，将所述视频响应信令通过所述编码端网络传输模块，转发给所述视频客户端；

由此实现编码单元与解码单元的信令交互通信流程；

步骤2，视频数据通信流程，包括：

步骤2.1，在解码单元接收到来自于视频服务器的视频响应信令后，解码单元等待接收来自于视频服务器的视频流数据；

步骤2.2，当解码单元通过解码端网络传输模块，接收到来自于视频服务器的视频流数据后，解码单元通过视频解析模块，对所述视频流数据进行视频封装协议的解析处理，得到以帧为单位的视频包数据；

步骤2.3，解码单元通过视频硬解码模块，对所述视频包数据进行解码处理，得到yuv格式的视频原始数据；

步骤2.4，解码单元通过yuv格式转换模块，对所述yuv格式的视频原始数据的yuv颜色空间的数据格式进行转换，得到HDMI信号；

步骤2.5，解码单元通过解码端HDMI控制模块，基于HDMI信号线，将所述HDMI信号发送给所述编码单元的编码端HDMI控制模块；

步骤2.6，所述编码单元通过编码端HDMI控制模块接收到所述HDMI信号后，对所述HDMI信号进行解析，得到YUV420格式的视频原始数据；

步骤2.7，所述编码单元通过视频硬编码模块，对所述YUV420格式的视频原始数据进行编码处理，得到H264视频包数据；

步骤2.8，所述编码单元，将所述H264视频包数据通过编码端网络传输模块发送给所述视频客户端；

由此实现将视频服务器的视频流数据，传输给所述视频客户端。

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