CN115802005B - 用于居民住宅的安防监控视频存储方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及数据加密技术领域，具体涉及用于居民住宅的安防监控视频存储方法，获取每帧安防监控的灰度图像，获取每个灰度图像中的每个像素点的关键度；获取每个灰度图像进行下采样后的缩略图像；获取每个灰度值对应的点对集合；设置像素点的行偏移量和列偏移量，根据列偏移量将缩略图像划分为多个图像块，根据每个图像块中的每个像素点的灰度值、每个灰度值对应的点对集合和像素点的行偏移量和列偏移量对每个图像块中的每个像素点的灰度值进行加密得到密文图像，将每个灰度图像对应的密文图像进行存储，并在读取每个灰度图像时利用该灰度图像对应密文图像进行解密，本发明提高了安防监控存储的安全性。

Description

用于居民住宅的安防监控视频存储方法

技术领域

本发明涉及数据加密技术领域，具体涉及用于居民住宅的安防监控视频存储方法。

背景技术

安防监控系统是摄像、图像显示和记录构成的独立完整系统，能实时、形象、真实地反映被监控对象，随着人们生活水平的提高，广大用户对安防的需求也在不断提高，因此，越来越多的小区选择通过安防监控系统监控小区，以应对紧急事件的发生，但是安防监控系统在为人民生活提供安全生活环境的同时，由于安防监控视频通常涉及到用户的隐私，因此，一旦安防监控视频被窃取，用户的隐私数据也会遭遇泄漏，进而造成恶劣的影响，因此，安防监控视频的安全存储至关重要。

现有的往往是对安防监控视频加密存储，在读取时使用密钥进行解密，现有的安防监控视频加密是使用置乱加密，通过获取每帧安防监控视频的灰度图像，通过改变灰度图像中每个像素点的位置信息完成加密，数据置乱改变了数据的位置信息，但是数据置乱后的置乱效果无法评估，若置乱程度低则导致数据加密的安全性低，无法隐藏关键信息，从而导致用户隐私泄露；因此，置乱加密会导致安防监控视频存储安全性低。

发明内容

本发明提供用于居民住宅的安防监控视频存储方法，以解决现有的安防监控视频存储安全性低的问题。

本发明的用于居民住宅的安防监控视频存储方法，采用如下技术方案：

获取每帧安防监控图像的灰度图像，获取每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点，根据每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点得到每个灰度图像中的每个像素点的关键度；

根据每个灰度图像中的每个像素点的关键度对每个灰度图像进行下采样得到对应的下采样后的缩略图像；

根据灰度值范围获取点对总集合，在点对总集合中抽取256次，每次对应一个灰度值，每次随机抽取256个点对得到每个灰度值对应的点对集合，将每个灰度值对应的点对集合作为字典密钥；

获取缩略图像中每个像素点的灰度值在字典密钥中对应的点对集合，随机选取点对集合中的一个点对作为该灰度值的加密点对得到缩略图像的密文数据，且相邻像素点的加密点对不相同，将密文数据和字典密钥进行存储。

进一步的，还包括对加密后的缩略图像进行二次加密：

设置加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量，将加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量作为关系密钥；

根据加密后的缩略图像中每个像素点的坐标和该像素点对应的点对得到该像素点对应的点对中的第一密文点和第二密文点；

利用每个像素点对应的第一密文点替换该像素点所在位置的点对，将每个像素点的第二密文点根据关系密钥放置在对应的位置完成对该像素点的加密，并得到密文数据。

进一步的，所述灰度图像中的每个像素点的关键度是按如下方法确定的：

将灰度图像中每个角点像素点的关键度置为1；

将灰度图像中每个除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点的关键度置为0；

获取灰度图像中每个边缘像素点的梯度幅值，根据每个边缘像素点的梯度幅值与50相除得到比值，获取该比值的双曲正切值，将每个边缘像素点对应的双曲正切值作为到每个边缘像素点的关键度。

进一步的，所述下采样后的缩略图像是按如下方法确定的：

对每个灰度图像进行逐行下采样，将每行中每两个相邻像素点划分为一组，将每组中关键度大的像素点保留，关键度小的像素点去除得到每个灰度图像对应的下采样后的缩略图像。

进一步的，所述点对总集合是按如下方法确定的：

对灰度值范围中的所有灰度值进行两两排列组合得到多个两两灰度值对，将多个两两灰度值对组成的集合作为点对总集合。

进一步的，所述角点像素点、边缘像素点是按如下方法确定的：

利用SIFT算法提取灰度图像中的角点得到角点像素点，利用Canny边缘检测算法对灰度图像进行边缘检测得到边缘像素点。

进一步的，所述进行解密的方法是：

根据关系密钥对第一密文点和第二密文点进行还原得到还原后的点对，根据还原后的点对得到加密后的缩略图像；

根据字典密钥对加密后的缩略图像进行还原得到缩略图像；

对缩略图像进行上采样得到加密前的灰度图像，根据加密前的灰度图像得到原安防监控图像。

本发明的有益效果是：本发明结合像素点的关键度，对安防监控图像进行下采样，获得相对与安防监控图像尺寸缩小的缩略图像，基于缩略图像进行加密，获得安防监控图像的密文图像，保证了密文图像和安防监控图像的尺寸相同，同时也不会由于缩小图像尺寸而导致重要信息的丢失；

参考图像的灰度共生矩阵中的点对，本发明通过将缩略图像中的灰度值相同的像素点加密为灰度值不同的密文点对，即两个密文像素点组成的密文点对，实现将具有相似的灰度值的相邻像素点，加密为灰度值不同的相邻密文像素点，同时，由于组成点对的两个像素点，具有空间上的位置关系，因此，本发明将相邻下像素点加密成具有位置关系的点对，破坏了安防监控图像中像素点的位置关系，打破安防监控图像中相邻像素点之间的强关联性，避免了攻击者通过相关性分析破解密文图像，保护了用户的隐私数据；

本发明参考图像的灰度共生矩阵中的点对，由于灰度共生矩阵中的点对的数量较多，且具有空间上的位置关系，因此，在设置密钥时，可以设置分别设置字典密钥和关系密钥，且两个密钥的密钥空间足够大，因此，能够对抗攻击者的暴力破解攻击。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的用于居民住宅的安防监控视频存储方法的实施例的实施例的流程图；

图2为用于居民住宅的安防监控视频存储方法的实施例中的缩略图像示意图；

图3为用于居民住宅的安防监控视频存储方法的实施例中的加密后的缩略图像示意图；

图4为用于居民住宅的安防监控视频存储方法的实施例中的密文数据示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

本发明的用于居民住宅的安防监控视频存储方法的实施例，如图1所示，包括：

S1、获取每帧安防监控的灰度图像，获取每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点，根据每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点得到每个灰度图像中的每个像素点的关键度。

获取每帧安防监控的灰度图像的具体步骤为：通过安防监控摄像头采集安防监控视频，将安防监控视频的每一帧图像记为每帧安防监控图像，对每帧安防监控图像进行灰度化处理得到每帧安防监控图像的灰度图像。

获取每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点的具体步骤为：利用SIFT算法提取灰度图像中的角点得到角点像素点，利用Canny边缘检测算法对灰度图像进行边缘检测得到边缘像素点，将灰度图像中的角点像素点和边缘像素点排除，其余像素点为除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点，据此，可得到每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点。

需要说明的是，角点是安防监控图像中轮廓特征的重要体现，是识别特定目标的重要依据，因此，安防监控图像中的角点都是安防监控图像中的关键的像素点；边缘信息是安防监控图像最基本的特征，是区域属性发生突变的地方，是安防监控图像中不确定性最大的地方，也是安防监控图像中信息最集中的地方，因此，安防监控图像的边缘包含着丰富的信息，安防监控图像的边缘点是安防监控图像中的关键的像素点，因此，需要计算每个像素点的关键度。

得到每个灰度图像中的每个像素点的关键度的具体步骤为：将灰度图像中每个角点像素点的关键度置为1，将灰度图像中每个除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点的关键度置为0，获取灰度图像中每个边缘像素点的梯度幅值f，因此每个边缘像素点的关键度为即根据每个边缘像素点的梯度幅值f与50相除得到比值，获取该比值的双曲正切值，将每个边缘像素点对应的双曲正切值作为到每个边缘像素点的关键度，据此，可得到每个灰度图像中的每个像素点的关键度。

S2、根据每个灰度图像中的每个像素点的关键度对每个灰度图像进行下采样得到对应的下采样后的缩略图像。

得到对应的下采样后的缩略图像的具体步骤为：对每个灰度图像进行逐行下采样，将每行中每两个相邻像素点划分为一组，将每组中关键度大的像素点保留，关键度小的像素点去除得到每个灰度图像对应的下采样后的缩略图像。

需要说明的是，在对灰度图像进行下采样时，会导致灰度图像中部分信息丢失，为了保证丢失的信息不是灰度图像中的关键信息，根据灰度图像中像素点的关键度对灰度图像进行下采样，使下采样后的缩略图像不丢失原本灰度图像中的关键信息。

S3、根据灰度值范围获取点对总集合，在点对总集合中抽取256次，每次对应一个灰度值，每次随机抽取256个点对得到每个灰度值对应的点对集合，将每个灰度值对应的点对集合作为字典密钥。

灰度值范围为[0,255]，对灰度值范围中的所有灰度值进行两两排列组合得到多个两两灰度值对，将多个两两灰度值对组成的集合作为点对总集合。

对点对总集合进行不放回的随机抽样，抽取第一次时，在点对总集合中随机抽取256个点对得到灰度值0对应的点对集合，将被抽样的点对从点对总集合中去除，获得更新后的点对总集合；抽取第二次时，随机抽取256个点对得到灰度值1对应的点对集合，将被抽样的点对从更新后的点对总集合中去除，获得二次更新后的点对总集合；以此类推得到每个灰度值对应的点对集合，将每个灰度值对应的点对集合作为字典密钥。

S4、获取缩略图像中每个像素点的灰度值在字典密钥中对应的点对集合，随机选取点对集合中的一个点对作为该灰度值的加密点对得到缩略图像的密文数据，且相邻像素点的加密点对不相同，将密文数据和字典密钥进行存储。

本发明参考图像的灰度共生矩阵中的点对，由于灰度共生矩阵中的点对的数量较多，且具有空间上的位置关系，因此，在设置密钥时，可以设置分别设置字典密钥和关系密钥，且两个密钥的密钥空间足够大，因此，能够对抗攻击者的暴力破解攻击。

获取缩略图像中每个像素点的灰度值在字典密钥中对应的点对集合，随机选取点对集合中的一个点对作为该灰度值的加密点对。

得到加密后的缩略图像的具体步骤为：根据加密后的缩略图像中每个像素点的坐标得到该像素点对应的加密点对中的第一密文点和第二密文点，例如，像素点的坐标为(x,y)，随机选取该像素点的灰度值所对应的点对(加密点对)为(m,n)，则该像素点对应的点对中的第一密文点为m(x,y)，第二密文点为n(x,y)，对该像素点进行加密时，利用该像素点对应的第一密文点替换该像素点所在位置的灰度值，即该像素点所在位置的数据变为m(x,y)，将该像素点的第二密文点根据像素点的行偏移量和列偏移量放置在第二密文点相对于第一密文点a行，b列的位置。

如图2所示，表示任意缩略图像示意图，该缩略图像中每个位置的像素点都存在灰度值，首先，在每个灰度值对应的点对集合中随机获取每个灰度值所对应的一组点对，对于相邻相同灰度值而言，每组点对只能出现一次，也就是说，每个灰度值对应的点对集合中所使用过的点对不得再次使用，再次获取该相邻像素点相同灰度值对应的点对时，需从该灰度值对应的点对集合中相邻相同灰度值未使用的点对中随机选取，如图2中的两个灰度值为100的像素点所对应的点对必须不同，至此，得到缩略图像中每个像素点的灰度值所对应的点对(加密点对)。

如图3所示，坐标为(1,1)的像素点的灰度值100所对应的点对为(m₀,n₀)，坐标为(2,1)的像素点的灰度值100所对应的点对为(m₃,n₃)，以此类推得到加密后的缩略图像。

为达到更好的加密效果，还需要对加密后的缩略图像进行二次加密，具体步骤包括：设置加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量，将加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量作为关系密钥；根据加密后的缩略图像中每个像素点的坐标和该像素点对应的点对得到该像素点对应的点对中的第一密文点和第二密文点；利用每个像素点对应的第一密文点替换该像素点所在位置的点对，将每个像素点的第二密文点根据关系密钥放置在对应的位置完成对该像素点的加密，并得到密文数据，将密文数据和关系密钥进行存储。

设置加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量的具体步骤为：根据每个像素点的坐标设置行偏移量a和列偏移量b，将行偏移量a和列偏移量b作为关系密钥。其中，列偏移量必须被对应的缩略图像的列数整除。

对坐标为(1,1)的像素点的灰度值100进行加密，此时，坐标为(1,1)的像素点对应的点对中的第一密文点为m₀(1,1)，第二密文点为n₀(1,1)，假设行偏移量为3和列偏移量为1，如图4所示为密文数据示意图，将第一密文点m₀(1,1)放置于坐标为(1,1)的像素点的位置，将第二密文点n₀(1,1)从第一密文点m₀(1,1)的位置向右平移三行，向下平移1行得到第二密文点的位置，将第二密文点n₀(1,1)放置于该位置；对坐标为(2,1)的像素点的灰度值100进行加密，此时，坐标为(2,1)的像素点对应的点对中的第一密文点为m₃(2,1)，第二密文点为n₃(2,1)，将第一密文点m₃(2,1)放置于坐标为(2,1)的像素点的位置，将第二密文点n₃(2,1)从第一密文点m₃(2,1)的位置向右平移三行，向下平移1行得到第二密文点的位置将第二密文点n₃(2,1)放置于该位置，以此类推。

需要说明的是，二次加密时对缩略图像分区域加密，根据加密后的缩略图像的像素点的列偏移量进行分区域，若列偏移量为3，则每3列进行加密，该区域需要向右扩展三列放置第二密文点；由于存在行偏移量为1，因此导致缩略图像中最后一行的灰度值所对应的第二密文点无法按照所述方法放置，但是，由于存在行偏移量为1导致密文数据示意图中的第一行空缺，因此，将最后一行的灰度值所对应的第二密文点依次放置在密文数据示意图中的第一行存在空缺的位置，如图2中第4行第1列的灰度值72所对应得第二密文点n₉(4,1)放置于密文数据示意图中第一行第4列的位置；同理，若行偏移量为2，则会导致缩略图像中最后两行的灰度值所对应的第二密文点无法按照所述方法放置，但是，由于存在行偏移量为2导致密文数据示意图中的第一行和第二行存在空缺，因此，将最后两行的灰度值所对应的第二密文点依次放置在密文数据示意图中的第一行和第二行空缺的位置。以此类推，完成缩略图像中每个像素点的灰度值的加密得到密文数据。据此，可对每个灰度图像进行加密得到密文数据。

根据关系密钥对第一密文点和第二密文点进行还原得到还原后的点对，根据还原后的点对得到加密后的缩略图像；根据字典密钥对加密后的缩略图像进行还原得到缩略图像；对缩略图像进行上采样得到加密前的灰度图像，根据加密前的灰度图像得到原安防监控图像。

在读取安防监控图像时利用密文数据、关系密钥、字典密钥和加密后的缩略图像进行解密，具体步骤为：根据关系密钥对第一密文点和第二密文点进行还原得到还原后的点对，如图2、3、4所示，即根据获取关系密钥的过程得到坐标为(1,1)的像素点对应的点对中的第一密文点为m₀(1,1)，第二密文点为n₀(1,1)，根据第一密文点和第二密文点得到坐标为(1,1)的像素点对应的点对(m₀,n₀)，获取(m₀,n₀)在字典密钥中对应的灰度值，将该灰度值还原到坐标为(1,1)的像素点所在位置，据此，还原所有像素点的灰度值及灰度值所在位置，由于二次加密时将加密后的缩略图像进行了扩展，因此，还原灰度值及其所在位置后需要将二次加密扩展的列删除得到加密后的缩略图像；根据字典密钥对加密后的缩略图像进行还原得到缩略图像；根据下采样规则对原图像进行上采样，其中，对下采样时所删除的关键度低的像素点进行还原时，根据删除的像素点的3×3邻域内的所有像素点的灰度值的均值进行还原即得到加密前的灰度图像，根据加密前的灰度图像得到原安防监控图像，据此，可还原每帧安防监控图像。

本发明的有益效果是：本发明结合像素点的关键度，对安防监控图像进行下采样，获得相对与安防监控图像尺寸缩小的缩略图像，基于缩略图像进行加密，获得安防监控图像的密文图像，保证了密文图像和安防监控图像的尺寸相同，同时也不会由于缩小图像尺寸而导致重要信息的丢失；

参考图像的灰度共生矩阵中的点对，本发明通过将缩略图像中的灰度值相同的像素点加密为灰度值不同的密文点对，即两个密文像素点组成的密文点对，实现将具有相似的灰度值的相邻像素点，加密为灰度值不同的相邻密文像素点，同时，由于组成点对的两个像素点，具有空间上的位置关系，因此，本发明将相邻下像素点加密成具有位置关系的点对，破坏了安防监控图像中像素点的位置关系，打破安防监控图像中相邻像素点之间的强关联性，避免了攻击者通过相关性分析破解密文图像，保护了用户的隐私数据；

本发明参考图像的灰度共生矩阵中的点对，由于灰度共生矩阵中的点对的数量较多，且具有空间上的位置关系，因此，在设置密钥时，可以设置分别设置字典密钥和关系密钥，且两个密钥的密钥空间足够大，因此，能够对抗攻击者的暴力破解攻击。

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 (4)

1.用于居民住宅的安防监控视频存储方法，其特征在于，包括：

获取每帧安防监控图像的灰度图像，获取每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点，根据每个灰度图像中的角点像素点、边缘像素点及除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点得到每个灰度图像中的每个像素点的关键度；

根据每个灰度图像中的每个像素点的关键度对每个灰度图像进行下采样得到对应的下采样后的缩略图像；

根据灰度值范围获取点对总集合，在点对总集合中抽取256次，每次对应一个灰度值，每次随机抽取256个点对得到每个灰度值对应的点对集合，将每个灰度值对应的点对集合作为字典密钥；

获取缩略图像中每个像素点的灰度值在字典密钥中对应的点对集合，随机选取点对集合中的一个点对作为该灰度值的加密点对得到缩略图像的密文数据，且相邻像素点的加密点对不相同，将密文数据和字典密钥进行存储；

所述灰度图像中的每个像素点的关键度是按如下方法确定的：

将灰度图像中每个角点像素点的关键度置为1；

将灰度图像中每个除角点像素点和边缘像素点外的其他像素点的关键度置为0；

获取灰度图像中每个边缘像素点的梯度幅值，根据每个边缘像素点的梯度幅值与50相除得到比值，获取该比值的双曲正切值，将每个边缘像素点对应的双曲正切值作为到每个边缘像素点的关键度；

所述下采样后的缩略图像是按如下方法确定的：

对每个灰度图像进行逐行下采样，将每行中每两个相邻像素点划分为一组，将每组中关键度大的像素点保留，关键度小的像素点去除得到每个灰度图像对应的下采样后的缩略图像；

所述点对总集合是按如下方法确定的：

对灰度值范围中的所有灰度值进行两两排列组合得到多个两两灰度值对，将多个两两灰度值对组成的集合作为点对总集合。

2.根据权利要求1所述的用于居民住宅的安防监控视频存储方法，其特征在于，还包括对加密后的缩略图像进行二次加密：

设置加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量，将加密后的缩略图像的像素点的行偏移量和列偏移量作为关系密钥；

根据加密后的缩略图像中每个像素点的坐标和该像素点对应的点对得到该像素点对应的点对中的第一密文点和第二密文点；

利用每个像素点对应的第一密文点替换该像素点所在位置的点对，将每个像素点的第二密文点根据关系密钥放置在对应的位置完成对该像素点的加密，并得到密文数据。

3.根据权利要求1所述的用于居民住宅的安防监控视频存储方法，其特征在于，所述角点像素点、边缘像素点是按如下方法确定的：

利用SIFT算法提取灰度图像中的角点得到角点像素点，利用Canny边缘检测算法对灰度图像进行边缘检测得到边缘像素点。

4.根据权利要求2所述的用于居民住宅的安防监控视频存储方法，其特征在于，进行解密的方法是：

根据关系密钥对第一密文点和第二密文点进行还原得到还原后的点对，根据还原后的点对得到加密后的缩略图像；

根据字典密钥对加密后的缩略图像进行还原得到缩略图像；

对缩略图像进行上采样得到加密前的灰度图像，根据加密前的灰度图像得到原安防监控图像。