CN115460382B - 一种安防工程用监控数据安全传输方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及数据传输领域，具体涉及一种安防工程用监控数据安全传输方法，包括：获取安防监控视频的各个分段视频；获取各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的像素差值以及整体差异累计值；根据各个视频帧上的各个像素点的像素差值得到各个像素点的第一编码序列；根据各个视频帧上各个像素点的第一编码序列和整体差异累计值得到所述各个视频帧上各个像素点的第二编码序列；根据各个视频帧上各个像素点的整体差异累计值和第二编码序列得到所述各个像素点的第三编码序列，以各个像素点的第三编码序列为密文数据，对密文数据进行传输。本发明可以获得各个视频帧中信息的关联性，提高了对安防监控视频的加密效果，从而保证监控数据的安全传输。
Description
技术领域
本发明涉及数据安全传输领域，具体涉及一种安防工程用监控数据安全传输方法。
背景技术
安防工程就是实现采用现代科技手段实现安全防护的过程，具体涉及：楼宇智能化、视频监控、门禁考核、停车场管理、智能家居等，其中视频监控手段已普遍应用于各种场景，具体主要涉及监控相机采集监控数据，然后将监控数据传输到统一安防管理平台，以对监控数据进行分析管理，由于安防监控可能受到窃取、伪造、非法监看、非法控制、行为否认等损害系统安全的行为，所以在监控视频数据传输时需要对其进行加密处理。
对于视频的加密主要涉及文件流加密与逐帧加密，文件流加密采用方法单一，容易被专业人员破解；对于现有的逐帧加密又存在加密数据量大，并且以单帧图像为加密对象，加密过程单帧图像中各个数据之间的关联程度较弱，整个视频数据中不同视频帧之间的关联程度也较弱，导致加密后的视频数据被片段破解的可能性较高。
发明内容
本发明提供一种安防工程用监控数据安全传输方法，以解决现有的问题。
本发明的一种安防工程用监控数据安全传输方法采用如下技术方案：
本发明一个实施例提供了一种安防工程用监控数据安全传输方法，该方法包括以下步骤：
根据安防监控视频得到各个视频帧；根据各个视频帧与其他视频帧之间的差异对安防监控数据进行分段，得到各个分段视频；
计算各个视频帧中各个像素点与所述各个视频帧的相邻视频帧对应位置上像素点的像素值之间的差值，将所述差值作为所述各个像素点的像素差值；获取各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的整体差异累计值；对各个视频帧上的各个像素点的像素差值进行编码，得到所述各个像素点的第一编码序列；
利用各个视频帧上各个像素点的第一编码序列和整体差异累计值，对各个视频帧的相邻视频帧上对应像素点的第一编码序列进行插入操作得到所述各个视频帧上各个像素点的第二编码序列；利用各个视频帧上各个像素点的整体差异累计值和第二编码序列，对所述各个像素点相邻像素点的第二编码序列进行补位得到所述各个像素点的第三编码序列，将各个视频帧上各个像素点的第三编码序列作为所述各个视频帧的密文数据；
对各个视频帧的密文数据进行压缩，对所得压缩数据进行传输。
优选的，所述各个分段视频的获取方法为：
获取各个视频帧的各个像素点与所述各个视频帧的相邻视频帧中对应位置上像素点的像素值之间的差值，将所述差值不为0的像素点的个数记为所述各个视频帧的第一差异；将所述各个视频帧在安防监控视频中帧数记为参照帧数；计算帧数小于等于所述参照帧数的所有视频帧的第一差异之间的均值，将所述均值与所述各个视频帧的第一差异的加和结果作为所述各个视频帧的分段指标；
设置分段阈值以及分段长度阈值，当各个视频帧的分段指标小于所述分段阈值，且将所述各个视频帧与所述相邻视频帧划分为同一个分段视频后，所得分段视频中所包含的视频帧的数量小于等于分段长度阈值时，不对所述各个视频帧进行分段，否则对所述各个视频帧进行重新分段。
优选的，所述各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的整体差异累计值的获取方法为：
计算各个视频帧的各个像素点与所述各个分段视频中，小于所述各个视频帧的帧数的所有视频帧中对应像素点之间像素值的差值，将所述差值不为0的像素点的个数作为所述各个像素点的整体差异累计值。
优选的，所述各个视频帧上各个像素点的第二编码序列包括：
以各个视频帧中各个像素点的第一编码序列作为待插入序列，将所述各个视频帧的相邻视频帧上对应像素点的第一编码序列作为被插入序列；将待插入序列中各个二进制数的序号与所述各个像素点的整体差异累计值相加后再减去1，将所得结果作为所述各个二进制数的插入到被插入序列时所对应的间隙序号；将待插入序列中的各个数据插入到被插入序列中对应的间隙位置上，得到混合编码序列；
获取被插入序列的长度值，即被插入序列中所包含的二进制数的个数，将混合编码序列中序号小于等于该长度值的各个二进制数所构成的序列作为所述相邻视频帧上对应像素点的第二编码序列，将混合编码序列中剩余的各个二进制数构成的序列作为各个视频帧中各个像素点的第二编码序列。
优选的，所述各个像素点的第三编码序列的获取方法为：
将各个像素点的整体差异累计值映射到预设区间内，并对所得映射结果向下取整，将所得向下取整后的结果作为所述各个像素点的映射值；
记各个像素点映射值为第一映射值；将各个像素点的第二编码序列中，序号小于等于第一映射值的各个二进制数补位到所述各个像素点的相邻像素点的第二编码序列的末端，将补位后，所述各个像素点的第二编码序列中剩余的各个二进制数构成的序列记为所述各个像素点的临时序列，将所述相邻像素点所对应的序列记为所述相邻像素点的临时序列；
将所述相邻像素点的临时序列中，序号小于等于第一映射值的二进制数补位到所述各个像素点的临时序列的末端；将各个视频帧中所有像素点补位完成后，各个像素点所对应的序列记为各个像素点的第三编码序列。
本发明的技术方案的有益效果是：首先将安防监控视频的各个视频帧中的各个像素点转化为相邻视频帧之间的像素差值，并根据相邻视频帧之间的差异性对整个安防监控视频进行分段，从而减少整个安防监控视频中相邻帧之间的冗余数据，有利于对各视频帧的加密与传输；然后根据不同视频帧之间的差异进行像素信息的转换，根据差异越大的像素点编码长度越长，对应的转换过程越复杂的特点，对各个分段视频中的运动区域进行加密，增强不同视频帧之间的关联程度；最后以对应像素点的差异累计数值为转换基准，将同一视频帧中相邻像素点的像素信息进行转换，从而实现对各个分段视频中的背景区域进行加密，同时增强同一视频帧中各个像素点之间的关联程度。转换完成后，可以使得不同视频帧中不同的像素点之间关联程度的增强，从而提高整个安防监控视频的整体关联性，进而提高对安防监控视频加密效果，保证安防监控视频的安全传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1为本发明的一种安防工程用监控数据安全传输方法的步骤流程图。
具体实施方式
为了更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的一种安防工程用监控数据安全传输方法，其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如下。在下述说明中，不同的“一个实施例”或“另一个实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构或特点可由任何合适形式组合。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。
下面结合附图具体的说明本发明所提供的一种安防工程用监控数据安全传输方法的具体方案。
请参阅图1，其示出了本发明一个实施例提供的一种安防工程用监控数据安全传输方法的步骤流程图，该方法包括以下步骤：
步骤101：根据安防监控视频得到各个视频帧；根据各个视频帧与其他视频帧之间的差异对安防监控数据进行分段，得到各个分段视频。
由于安防监控视频中连续帧之间的像素差异关系存在相应的关联关系，如监控视频中的运动物体在不同视频帧上会形成对应的像素差异，所以本发明通过连续视频帧图像之间的像素差异，对视频帧图像像素值进行转换，以实现安防监控视频加密。
在同一安防场景下，不同视频帧内同一个物体形成的运动区域位置存在差异，但是同一物体所对应的运动区域内部具有较高的相似性，而本发明是根据相邻视频帧之间的差异区域进行加密的，如果将相似性较高的视频帧组成的一段视频单独进行处理，相对于对整个安防监控视频进行处理，对安防监控视频分段处理可以大大降低数据量，从而实现更加快速的传输，但是如果一段视频中包含非常多的相似性较高的视频帧，也不利于安防监控视频数据的实时性传输，因此本发明期望首先根据视频帧之间的差异对整个安防监控视频进行分段处理，使得每个分段视频中各个视频帧之间的差异尽量小，为进一步保证安防监控视频的实时性，设置分段视频的最大帧数，以对各个分段视频的长度进行限制。
获取监控相机采集的安防监控视频，截取安防监控视频中的各个数据，得到各个视频帧，以整个安防监控视频为待分段视频，从待分段视频的第一个视频帧开始依次对各个视频帧进行处理，其中待分段视频中第k个视频帧的分段指标
可表示为：/>
其中
为待分段视频中第k个视频帧的第一差异，表示第k个视频帧与前一帧，即第k-1个视频帧的存在像素差异的像素点数量，即整个图像中，对应位置上的像素点之间像素值的差值不为0的个数，例如，第k个视频帧上第a个像素点的像素值与第k-1个视频帧第a个像素点的像素值之间的差值不为0，则该第a个像素点即为一个存在像素差异的像素点；此时/>
越大，第k个视频帧与第k-1个视频帧图像的差异越大；
设置分段阈值
以及分段长度阈值/>
，本发明中设置/>
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，分段阈值以及分段长度阈值均可根据实际场景调整，当/>
，且将该第k帧划分为同一个分段视频后，该分段视频中所包含的视频帧的个数/>
时，不需要对第k个视频帧进行分段，即将第k个视频帧与前k-1个视频帧划分为同一个分段视频，继续对下一个视频帧进行处理；否则需要对该第k个视频帧进行分段，即将待分段视频的第1个视频帧到第k-1个视频帧划分为一个分段视频，该第k个视频帧及该视频帧之后的各个视频帧构成了新的待分段视频；再重复上述方法，对所得新的待分段视频进行分段，直到对整个安防监控视频分段完成。
至此，得到整个安防监控视频的各个分段视频。
步骤102：获取各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的像素差值以及整体差异累计值；对各个视频帧上的各个像素点的像素差值进行编码，得到各个视频帧中各个像素点的第一编码序列。
现有的对安防监控视频数据的加密，通常利用相邻视频帧之间的差异进行加密，加密方式单一，且不同视频帧之间的关联性较差，容易被整体或者部分破解。因此本发明利用各个视频帧的同一位置上，存在像素差异的累计值对各个分段视频中的各个视频帧进行关联，并在此基础上，先对不同视频帧之间的信息进行转换，然后对同一视频帧内部的信息进行转换，从而实现对各个分段视频的加密，进而保证整个安防监控视频数据的安全传输。
以第i个分段视频为例进行视频帧之间的信息转换，具体过程如下：
以该分段视频中的第一个视频帧为基准帧，记为
，该分段视频中的第j个视频帧记为/>
，其中该分段视频中所包含的视频帧的总数为n，/>
；将各个像素点在基准帧上的像素值称为对应像素点的基准像素值；/>
表示第j个视频帧的第t个像素点与第j-1个视频帧的第t个像素点的像素值之间的差值，将/>
记为第j个视频帧的第t个像素点的像素差值。
由此将第i个分段视频各个视频帧的各个像素点的像素值转化为了各个像素点的像素差值，进而减少原分段视频中相邻视频帧之间的冗余数据，便于监控视频的快速传输。
获取该分段视频中每一个像素点的整体差异累计值，记该分段视频中的第j个视频帧图像中的第t个像素点的整体差异累计值为
，该值表示当前第i个分段视频中第j个视频帧中第t个像素点与整个分段视频中各个视频帧所对应像素点的像素值之间存在差异的像素点数量。利用现有的编码方法将该分段视频中各个视频帧上各个像素点的像素差值转化为二进制序列，现有的编码方法包括但不限于UTF-8、UTF-16、GB2312；则各个像素点所对应的二进制序列即为对应像素点的第一编码序列，例如，对该第i个分段视频第j个视频帧中第t个像素点的像素差值/>
进行编码，由此得到的二进制序列即为该第t个像素点的第一编码序列/>
。
特殊的，该分段视频的基准帧的各个像素点的第一编码序列是通过对各个像素点的基准像素值进行编码得到的，即对基准帧的各个像素点的基准像素值进行编码，得到基准帧上各个像素点的第一编码序列。
步骤103：根据各个视频帧上各个像素点的第一编码序列和整体差异累计值，对各个视频帧的相邻视频帧上对应像素点的第一编码序列进行插入操作得到各个视频帧上各个像素点的第二编码序列。
对于第i个分段视频，将该分段视频中的各个视频帧中各个像素点与相邻视频帧中对应像素点的第一编码序列进行信息交换，从而实现该分段视频中不同视频帧之间的信息混乱。具体过程如下：
以第j-1个视频帧中第t个像素点的第一编码序列
作为被插入序列，将第j个视频帧第t个像素点第一编码序列/>
作为待插入序列，待插入序列中各个二进制数插入到被插入序列中的位置由第j-1个视频帧中第t个像素点的整体差异累计值/>
决定，其中，对于/>
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；将待插入序列中的各个数据插入到被插入序列中对应的间隙位置上，得到混合编码序列；然后再获取被插入序列的长度值，即被插入序列中所包含的二进制数的个数，将混合编码序列中序号小于等于该长度值的各个数据所构成的序列作为第j-1个视频帧中第t个像素点的第二编码序列/>
，将混合编码序列中剩余的各个数据构成的序列作为第j个视频帧第t个像素点的第二编码序列/>
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等于1时：
转换后的第二编码序列：
特殊地，在第j-1个视频帧的第t个像素点的编码
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中的这些二进制数插入到
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剩余的各个二进制数直接连接在/>
的末端。
特殊地，对该第i个分段视频基准帧的各个像素点与最后一个视频帧对应的像素点进行信息交换，从而实现对该分段视频中不同视频帧之间的信息交换。
使用上述方法，实现单个分段视频帧中不同视频帧对应像素点信息交换，由于转换过程中的参数，如待插入序列中各个数据对应被插入序列的插入位置，是由各个像素点对应的整体差异累加值提供的，因此不需要额外设置密钥，有利于密文数据的传输；同时，相邻视频帧像素点的第一编码序列的长度越长，对应转换过程越复杂，即相邻视频帧中越是运动物体形成的运动区域，其信息的混乱效果越高，对应加密效果越好，越有利于对安防监控视频中的运动区域信息的加密。
步骤104：利用各个视频帧上各个像素点的整体差异累计值和第二编码序列，对相邻像素点的第二编码序列进行补位，得到各个像素点的第三编码序列，将各个视频帧上各个像素点的第三编码序列作为各个视频帧的密文数据，对所有密文数据进行传输。
上述步骤中，根据相邻视频帧中各个像素点之间的像素差异可以实现同一位置像素点像素值的混乱，但是对于整个安防监控视频而言，每个视频帧上都存在像素值不发生变化的背景区域，而上述根据相邻帧之间的差异进行信息转换的方法对背景区域像素值的混乱效果较差，因此本发明在对不同视频帧的同一位置上像素点的信息进行交换的基础上，对同一视频帧中各个像素点的信息进行交换，进一步实现安防工程视频加密。同样以第i个分段视频为例进行说明：
由于各个像素点的整体差异累计值会随着视频帧数量的增加而增加，为使同一视频帧中各个像素点对应的整体差异累计值处于同一尺度下，本发明首先将各个视频帧内所有像素点的整体差异累计值映射到预设区间[1,7]中，对于该分段视频中，第j个视频帧第t个像素点的整体差异累加值
所对应的映射值/>
为：
其中，
表示对第j个视频帧第t个像素点的整体差异累计值进行预设区间映射后所得到的结果；/>
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分别为第j个视频帧所有像素点的最大整体差异累计值以及最小整体差异累计值；/>
为向下取整符号。
将第t个像素点的映射值记为第一映射值；将第t个像素点的第二编码序列，序号小于等于第一映射值的各个二进制数补位到第t+1个像素点的第二编码序列的末端，即将第t个像素点的第二编码序列
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个二进制数补位到第t个像素点的临时序列的末端；其中，最后一个像素点与第一像素点进行相互补位；将第j个视频帧中所有像素点相互补位完成后，各个像素点对应的序列即为各个像素点的第三编码序列。
特殊地，在第t个像素点的第二编码序列的编码长度
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时，将第t个像素点的整个第二编码序列补位第t+1个像素点的第二编码序列的末端，然后再从补位后的第t+1个像素点所对应的临时序列中像素值的编码选择前/>
个编码作为第t个像素点的第三编码序列。例如：
1）当
等于3时：
转换后的第三编码序列：
2）当
等于5时：
转换后的第三编码序列：
以此类推，对第j个视频帧中所有像素点的第二编码序列进行转换，特殊地，最后一个像素点与第一个像素点的第二编码序列进行信息交换。重复上述方法，对各个分段视频中的各个视频帧进行信息转换，得到各个分段视频各个视频帧中各个像素点的第三编码序列，从而实现对整个安防监控视频进行加密。
通过上述步骤，对分段视频中的单个视频帧内部各个像素点的像素信息进行转换，以实现较小差异的背景区域像素点的像素信息的变换，并根据转换关系对单个视频帧上各个像素点进行关联，从而提高转换关系的隐蔽性。此外，在单个视频帧的像素信息的转换过程中，以各个像素点的整体差异累计值为转换基准，使得转换后的各个像素点的像素信息可以与不同视频帧之间的差异建立联系，增加不同视频帧之间的关联性，进而提高整个视频的整体关联性。最后像素点的整体差异累计值也可以反映对应像素点的运动程度，即越运动的区域像素值准换越复杂，对应该像素点的加密效果越好，从而保证安防监控视频传输的安全性。
最后使用现有的压缩技术进行压缩，比如利用游程编码技术，对各个分段视频的密文数据进行压缩，将加密压缩后的数据传输到统一的数据管理平台；其中在数据管理平台对所得加密压缩后的数据进行分析时，首先对其进行解压缩，然后再对解压缩后的数据进行解密，具体的解密过程如下：
首先根据各个分段视频中的各个视频帧进行解密，获取各个视频帧中第一个像素点的位置，根据各个像素点的位置关系，按照加密顺序进行逆向编码转换，从而得到各个分段视频中各个像素点的第二编码序列。然后在不同帧之间像素点的第二编码序列中，根据加密转换中最后一次编码转换后的像素点的第二编码序列，根据加密顺序进行逆向编码转换，从而得到各个分段视频中各个像素点的像素差值，最后根据各个分段视频基准帧上各个像素点的基准像素值对各个分段视频中的各个像素点本身的像素值进行还原，得到各个分段视频的原始数据，进而的得到安防监控视频的原始信息。
通过以上步骤，完成了对安防监控视频的安全传输。
本发明实施例首先将安防监控视频的各个视频帧中的各个像素点转化为相邻视频帧之间的像素差值，并根据相邻视频帧之间的差异性对整个安防监控视频进行分段，从而减少整个安防监控视频中相邻帧之间的冗余数据，有利于对各视频帧的加密与传输；然后根据不同视频帧之间的差异进行像素信息的转换，根据差异越大的像素点编码长度越长，对应的转换过程越复杂的特点，对各个分段视频中的运动区域进行加密，增强不同视频帧之间的关联程度；最后以对应像素点的差异累计数值为转换基准，将同一视频帧中相邻像素点的像素信息进行转换，从而实现对各个分段视频中的背景区域进行加密，同时增强同一视频帧中各个像素点之间的关联程度。转换完成后，可以使得不同视频帧中不同的像素点之间关联程度的增强，从而提高整个安防监控视频的整体关联性，进而提高对安防监控视频加密效果，保证安防监控视频的安全传输。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种安防工程用监控数据安全传输方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
根据安防监控视频得到各个视频帧；根据各个视频帧与其他视频帧之间的差异对安防监控数据进行分段，得到各个分段视频；
计算各个视频帧中各个像素点与所述各个视频帧的相邻视频帧对应位置上像素点的像素值之间的差值，将所述差值作为所述各个像素点的像素差值；获取各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的整体差异累计值；对各个视频帧上的各个像素点的像素差值进行编码，得到所述各个像素点的第一编码序列；
利用各个视频帧上各个像素点的第一编码序列和整体差异累计值，对各个视频帧的相邻视频帧上对应像素点的第一编码序列进行插入操作得到所述各个视频帧上各个像素点的第二编码序列；利用各个视频帧上各个像素点的整体差异累计值和第二编码序列，对所述各个像素点相邻像素点的第二编码序列进行补位得到所述各个像素点的第三编码序列，将各个视频帧上各个像素点的第三编码序列作为所述各个视频帧的密文数据；
对各个视频帧的密文数据进行压缩，对所得压缩数据进行传输；
所述各个分段视频的各个视频帧中各个像素点的整体差异累计值的获取方法为：
计算各个视频帧的各个像素点与所述各个分段视频中，小于所述各个视频帧的帧数的所有视频帧中对应像素点之间像素值的差值，将所述差值不为0的像素点的个数作为所述各个像素点的整体差异累计值；
所述各个视频帧上各个像素点的第二编码序列包括：
以各个视频帧中各个像素点的第一编码序列作为待插入序列，将所述各个视频帧的相邻视频帧上对应像素点的第一编码序列作为被插入序列；将待插入序列中各个二进制数的序号与所述各个像素点的整体差异累计值相加后再减去1，将所得结果作为所述各个二进制数的插入到被插入序列时所对应的间隙序号；将待插入序列中的各个数据插入到被插入序列中对应的间隙位置上，得到混合编码序列；
获取被插入序列的长度值，即被插入序列中所包含的二进制数的个数，将混合编码序列中序号小于等于该长度值的各个二进制数所构成的序列作为所述相邻视频帧上对应像素点的第二编码序列，将混合编码序列中剩余的各个二进制数构成的序列作为各个视频帧中各个像素点的第二编码序列；
所述各个像素点的第三编码序列的获取方法为：
将各个像素点的整体差异累计值映射到预设区间内，并对所得映射结果向下取整，将所得向下取整后的结果作为所述各个像素点的映射值；
记各个像素点映射值为第一映射值；将各个像素点的第二编码序列中，序号小于等于第一映射值的各个二进制数补位到所述各个像素点的相邻像素点的第二编码序列的末端，将补位后，所述各个像素点的第二编码序列中剩余的各个二进制数构成的序列记为所述各个像素点的临时序列，将所述相邻像素点所对应的序列记为所述相邻像素点的临时序列；
将所述相邻像素点的临时序列中，序号小于等于第一映射值的二进制数补位到所述各个像素点的临时序列的末端；将各个视频帧中所有像素点补位完成后，各个像素点所对应的序列记为各个像素点的第三编码序列。
2.根据权利要求1所述的一种安防工程用监控数据安全传输方法，其特征在于，所述各个分段视频的获取方法为：
获取各个视频帧的各个像素点与所述各个视频帧的相邻视频帧中对应位置上像素点的像素值之间的差值，将所述差值不为0的像素点的个数记为所述各个视频帧的第一差异；将所述各个视频帧在安防监控视频中帧数记为参照帧数；计算帧数小于等于所述参照帧数的所有视频帧的第一差异之间的均值，将所述均值与所述各个视频帧的第一差异的加和结果作为所述各个视频帧的分段指标；
设置分段阈值以及分段长度阈值，当各个视频帧的分段指标小于所述分段阈值，且将所述各个视频帧与所述相邻视频帧划分为同一个分段视频后，所得分段视频中所包含的视频帧的数量小于等于分段长度阈值时，不对所述各个视频帧进行分段，否则对所述各个视频帧进行重新分段。
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