CN117201712A - 视频采集方法、加密芯片及加密系统 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种视频采集方法、加密芯片及加密系统，涉及视频处理领域，该方法包括：接收视频采集设备发送的视频流，所述视频流包括若干视频帧；接收密钥流，所述密钥流包括若干依次生成的密钥；利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。本申请实施例提供的方法，有助于在视频采集过程中，通过单个加密芯片实现对视频流的加密，由此可以降低视频采集设备安全加固的成本。

Description

视频采集方法、加密芯片及加密系统

技术领域

本申请实施例涉及视频处理领域，尤其涉及一种视频采集方法、加密芯片及加密系统。

背景技术

视频监控系统近年来发展迅速，在过去几年中，高清监控摄像头在各个领域的部署变得越来越普遍。

在政府方面，视频监控一直是平安城市建设不可缺少的一部分,为保障城市与社会平安。在金融行业，各大中城市的银行在新建和网点改造过程中，视频监控系统更是不可或缺的金融安全保障设备。此外，在商用建筑、家庭使用以及近年来高速发展的电动汽车中，视频监控和采集设备的使用也越来越普遍。

随着视频监控采集设备数量的爆发式增长，视频内容的安全与隐私也越来越受到政企与普通民众的重视。早期的视频采集终端内的信息都是处于明文状态，存在被窃取与篡改的隐患。因此，如何对视频内容进行安全加固是亟需解决的问题。

发明内容

本申请实施例提供了一种视频采集方法、加密芯片及加密系统，有助于在视频采集过程中，通过单个加密芯片实现对视频流的加密，由此可以降低视频采集设备安全加固的成本。

第一方面，本申请实施例提供了一种视频采集方法，应用于芯片，包括：

接收视频采集设备发送的视频流，所述视频流包括若干视频帧；

接收密钥流，所述密钥流包括若干依次生成的密钥；

利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及

将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

本申请实施例中，通过设计单个加密芯片对视频采集设备采集到的视频流进行加密，有助于在视频采集过程中，实现对视频流的加密，从而可以实现对视频内容的安全加固，并可以减小对视频采集系统的改动，从而可以降低视频采集系统安全加固的成本。

其中一种可能的实现方式中，将所述加密视频流发送给所述视频采集设备之前，所述方法还包括：实时计算所述加密视频流的校验码，所述校验码用于验证接收所述加密视频流的完整性，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧和所述校验码。

本申请实施例中，通过将加密数据返回给视频采集设备之前，生成加密视频流数的完整性校验码，由此可以避免视频采集设备接收不完整的加密数据导致的加密失败，从而可以节省系统资源。

其中一种可能的实现方式中，所述方法进一步包括：依次接收所述视频流中的视频帧；在接收任意视频帧的同时，生成所述密钥流中的当前密钥；在接收到当前视频帧后，使用所述密钥流中的当前密钥对当前视频帧进行加密，得到所述加密视频帧。

本申请实施例中，接收视频帧的同时可以生成密钥流的当前密钥，由此可以避免接收到视频帧后再生成密钥，从而可以提高加密效率。

其中一种可能的实现方式中，密钥流包括第一密钥和第二密钥，第二密钥为与第一密钥相邻的后一个密钥，第二密钥由第一密钥确定。

其中一种可能的实现方式中，密钥流包括第一密钥和第二密钥，第二密钥为与第一密钥相邻的后一个密钥，第一密钥由第一数值确定，第二密钥由第二数值确定，第二数值由第一数值确定。

第二方面，本申请实施例提供了一种加密芯片，所述加密芯片包括：通讯接口模块，用于通过通讯接口从视频采集设备接收视频流，所述视频流包括若干视频帧；对称算法模块，用于生成密钥流并发送给所述通讯接口模块中的加密模块，所述密钥流中包括若干依次生成的密钥；所述通讯接口模块中的所述加密模块，用于利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及所述通讯接口模块，还用于将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

其中一种可能的实现方式中，所述通讯接口模块还包括：完整性校验模块，用于实时计算所述加密视频流的校验码，所述校验码用于验证接收所述加密视频流的完整性，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧和所述校验码。

其中一种可能的实现方式中，所述对称算法模块基于输出反馈模式OFB生成密钥流，或者基于计数器模式CTR生成密钥流。所述完整性校验模块采用循环冗余校验 CRC，或纠错码校验ECC，或检错码EDC，或奇偶校验码校验。所述对称算法模块采用数据加密标准DES，或三重数据加密标准T-DES，或高级加密标准AES，或SM4 对称加密算法。

第三方面，本申请实施例提供了一种加密系统，所述加密系统包括：视频采集设备和加密芯片，所述视频采集设备和所述加密芯片之间通过通讯接口相连；所述视频采集设备，用于发送视频流给所述加密芯片；所述加密芯片，用于加密所述视频流后，发送加密视频流给所述视频采集设备；其中，所述加密芯片进一步包括：通讯接口模块，用于通过所述通讯接口从所述视频采集设备接收视频流，所述视频流包括若干视频帧；对称算法模块，用于生成密钥流并发送给所述通讯接口模块中的加密模块，所述密钥流中包括若干依次生成的密钥；所述通讯接口模块中的所述加密模块，用于利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及所述通讯接口模块，还用于将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

本申请实施例中，通过设计单个加密芯片对视频采集设备采集到的视频流进行加密，有助于在视频采集过程中，实现对视频流的加密，从而可以实现对视频内容的加固，并可以减小对原有视频采集设备的改动，从而可以降低视频采集系统安全加固的成本。

附图说明

图1为本申请实施例提供的视频采集系统的架构图；

图2为本申请提供的视频采集方法一个实施例的流程示意图；

图3为本申请提供的视频采集方法另一个实施例的流程示意图；

图4为本申请提供的加密模式一个实施例的流程示意图；

图5为本申请提供的加密模式另一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种用于视频流加密的单芯片模块设计方案，配备了该模块的芯片可直接作为拓展部件连接于不带加密的视频采集系统，使之获得视频数据加解密与完整性保护功能，降低了视频采集设备安全加固的成本与实现复杂度。

目前，对视频内容进行安全加固需要对整个视频监控系统进行改进，导致改动的面太大，且会导致企业的成本上升。且在对整个视频监控系统进行改进时，需要对现有的视频监控系统进行梳理后改进，复杂性也会提高。

基于上述问题，本申请实施例提出了一种视频采集方法，应用于芯片，通过设计单个加密芯片作为视频采集设备的拓展部件，连接于不带加密的存量视频采集设备，可以实现对采集到的视频流进行加密，从而实现对视频内容的加固。同时，可以基本不改动或最小程度的对视频采集设备进行改动，降低了视频采集设备安全加固的成本。

现结合图1至图5对本申请实施例提供的视频采集设备101、加密芯片102、视频采集方法及视频采集系统100进行说明。

图1为本申请实施例提供的视频采集系统100的架构图。如图1所示，上述视频采集系统包括视频采集设备101和加密芯片102。其中，视频采集设备101用于采集视频流，该视频流可以认为是明文数据，也就是没有进行加密的数据。加密芯片102 用于对上述视频采集设备101采集到的视频流进行加密，并可以将加密后的视频流返回给视频采集设备101，由此可以完成对视频内容的安全加固，且无需对现有的视频采集设备101进行改动。可以理解的是，视频采集设备101与加密芯片102之间可以通过通信接口103进行数据传输，视频采集设备101与加密芯片102的通信接口103 可以是有线接口，例如，串行外设接口(SerialPeripheral Interface，SPI)，或集成电路总线(Inter-Integrated Circuit，I2C)，或ISO/IEC 7816等，也可以是无线接口，因此，视频采集设备101与加密芯片102之间可以通过上述有线接口或无线接口进行数据传输。本申请对视频采集设备101与加密芯片102之间的数据传输方式不作特殊限定。

本申请实施例提供的加密芯片102作为视频采集设备101的拓展部件，连接于不带加密的存量视频采集设备101，可以实现对采集到的视频流进行加密，从而实现对视频内容的加固。

加密芯片101包括通讯接口模块104和对称算法模块107，通讯接口模块104进一步包括加密模块105和完整性校验模块106。通讯接口模块104为加密芯片102内的接口通讯模块，可以通过通讯接口103接收视频采集设备101发送的明文视频流。然后在通讯接口模块104内部，加密模块105使用对称算法模块107通过内部连线发送过来的密钥流，完成对明文视频流的加密，最后将加密好的视频流再次通过通讯接口103回发给视频采集设备101。此外，在回发加密视频流的同时，通讯接口模块104 内部的完整性校验模块106会实时计算回发加密视频流的校验码，并在所有加密视频流发送完成后一同回发，供视频采集设备101验证加密视频流的完整性，实现数据完整性的保护。

其中，完整性校验模块106所使用的校验算法实现方式包含但不限于循环冗余校验(Cyclic Redundancy Check，CRC)，或纠错码(Error Correcting Code，ECC)，或检错码(Error Detection Code，EDC)，或奇偶校验码等校验算法。

加密芯片102内的对称算法模块107，其具体算法实现方式包括但不限于数据加密标准(Data Encryption Standard，DES)、三重数据加密标准(Triple Data EncryptionStandard，T-DES)、高级加密标准(Advanced Encryption Standard，AES)、SM4等对称机密算法。

对称算法模块107内部的实现方式有输出反馈模式(Output Feedbace Mode,OFB)与计数器模式(Counter Mode，CTR)两种模式，在使用前需要完成其所使用对称算法的模式、初始密钥与IV或计数器值配置。如下具体结合图2至图5具体介绍。

如图2所示为本申请提供的视频采集方法一个实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤S501，接收视频采集设备101发送的视频流，所述视频流包括若干视频帧。

具体地，该视频流可以是包含多个视频帧的流数据，例如，视频采集设备101可以将视频流以视频帧的形式发送给加密芯片102。其中，视频采集设备101可以一次向加密芯片102发送一个视频帧，也可以一次向加密芯片102发送视频流中的多个视频帧，本申请实施例对视频流的发送形式不作特殊限定。

步骤S502，接收密钥流，所述密钥流包括若干依次生成的密钥。

具体地，对称算法模块107基于OFB模式或CTR模式，依次生成若干密钥，形成密钥流发送给通讯接口模块104。具体将结合图4和图5进行详细介绍。

步骤S503，利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系。

具体地，在加密芯片102对未加密视频流进行加密的过程中，可以首先从对称算法模块107获取密钥流，其中，密钥流可以包括多个密钥，每个密钥之间是不相同的，且每个密钥可以是顺序产生的。

当通讯接口模块104中的加密模块105接收到未加密视频流中的任一个视频帧后，可以使用密钥流中的一个密钥对当前接收到的视频帧进行加密，由此可以得到加密视频帧。当对加密模块105对未加密视频流中的所有视频帧进行加密之后，可以得到加密视频流，其中，加密视频流包括多个加密视频帧，加密视频帧与密钥流中的密钥一一对应。

在具体实现时，由于未加密视频流包含多个视频帧，而加密芯片102是从视频采集设备101处依次接收视频帧的。因此，为了提高加密效率，加密芯片102可以在接收任一视频帧的同时，生成密钥流中的当前密钥，并可以在接收到当前视频帧后，使用密钥流中的当前密钥对当前视频帧进行加密，得到加密视频帧，由此可以避免在接收到视频帧后再生成密钥导致的加密效率降低，从而可以提高加密效率。

步骤S504，将加密视频流发送给视频采集设备101，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

具体地，当通讯接口模块104中的加密模块105对接收到的所有视频帧加密完之后，可以将加密视频流返回给视频采集设备101。

如图3所示为本申请提供的视频采集方法另一个实施例的流程示意图，具体包括以下步骤：

步骤S601，接收视频采集设备101发送的视频流，所述视频流包括若干视频帧。

步骤S602，接收密钥流，所述密钥流包括若干依次生成的密钥。

步骤S603，利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系。

上述步骤S601至步骤S603与图2中描述的步骤S501至步骤S503执行相同的操作，此处不再赘述。

步骤S604，通讯接口模块104中的完整性校验模块106实时计算回发加密视频流的校验码，所述校验码与加密视频流一同发送给视频采集设备101，视频采集设备101根据所述校验码校验所述加密视频流的完整性，保证视频流被加密芯片102加密后，回传给视频采集设备101的加密视频流是完整的。其中，完整性校验模块106所使用的校验算法实现方式包括：CRC、ECC、EDC，或奇偶校验码等校验算法。

在本实施例中，通讯接口模块104通过通讯接口103回发的加密视频流是包括完整性校验码的。所述校验码可以合并在最后一帧视频帧里回发给视频采集设备101，也可以在所有加密视频帧发送完毕后，单独回发给视频采集设备101。由此可以使得视频采集设备101可以基于加密视频流的校验码进行完整性校验，避免接收不完整的加密视频流。例如，可以在完整性校验失败的情况下，请求加密芯片102重发加密视频流；或者，视频采集设备101重发视频流给加密芯片102，请求加密芯片102重新加密视频流。

本申请实施例中，通过设计单个加密芯片102对视频采集设备101采集到的视频流进行加密，有助于在视频采集过程中，实现对视频流的加密，从而可以实现对视频内容的加固，并可以减小对原有视频采集设备的改动，从而可以降低视频采集系统安全加固的成本。

现结合图4和图5对上述使用密钥流对视频流进行加密的方式进行示例性说明。在本实施例中，加密芯片202中的对称算法模块207采用OFB模式生成密钥流。如图4所示，加密芯片202的对称算法模块207中预设初始密钥及初始向量(Initial Vector，IV)，其中，IV为对称加密算法的初始向量。

步骤S201：对称算法模块207通过使用对称加密算法对初始密钥及IV进行加密计算；

步骤S202；对称算法模块207获得密钥流中的第一个密钥K1，并发送给加密模块205；

步骤S203：加密模块205使用该密钥K1对首个接收到的视频帧(例如，视频帧1)进行加密，从而可以获得加密视频帧1。

步骤S204：对称算法模块207在获得第一个密钥K1后，进一步使用对称加密算法对初始密钥及第一个密钥K1进行加密计算。

步骤S205：对称算法模块207获得密钥流中的第二个密钥K2。依次类推，对称算法模块207可以依次生成若干密钥K3、K4、K5等等，这些密钥组成了密钥流。在本实施例中，密钥流包括第一密钥和第二密钥，第二密钥为与第一密钥相邻的后一个密钥，第二密钥由第一密钥确定。

步骤S206：加密模块205使用该密钥K2对下一个接收到的视频帧(例如，视频帧2)进行加密，从而可以获得加密视频帧2。依此类推，加密模块205还可以使用对称算法模块207依次生成的密钥K3、K4、K5等，对后续收到的视频帧进行加密，从而可以获得加密视频帧3、加密视频帧4、加密视频帧5等等，这些加密视频帧组成了加密视频流。其中，密钥和视频帧是一一对应的关系。

可以理解的是，生成密钥K2的过程和接收视频帧2的过程可以同时进行，无需在接收到视频帧2后再生成密钥K2，由此可以提高密钥生成的效率，从而可以提高加密的效率，避免等待密钥进行加密导致的无效时间。

图5为本申请加密模式另一个实施例的示意图。在本实施例中，加密芯片302中的对称算法模块307采用CTR模式生成密钥流。对称算法模块307中预设初始密钥及计数值(Counter)。

步骤S301：对称算法模块307通过使用对称加密算法对初始密钥及计数值进行加密计算；

步骤S302：对称算法模块307获得密钥流中的第一个密钥Q1。

步骤S303：加密模块305使用该密钥Q1对首个接收到的视频帧(例如，视频帧 1)进行加密，从而可以获得加密视频帧1。

步骤S304：在获得第一个密钥Q1后，对称算法模块307还可以对计数值进行自增。其中，对计数值进行自增的方式可以是：自增后的计数值＝自增前的计数值+n，n 为自增值，n的值可以预设。

步骤S305：对称算法模块307进一步使用对称加密算法对初始密钥及自增后的计数值进行加密计算。

步骤S306：对称算法模块307获得密钥流中的第二个密钥Q2。依此类推，对称算法模块307可以依次生成若干密钥Q3、Q4、Q5等等，这些密钥组成了密钥流。本实施例中，密钥流包括第一密钥和第二密钥，第二密钥为与第一密钥相邻的后一个密钥，第一密钥由第一数值确定，第二密钥由第二数值确定，第二数值由第一数值确定。

步骤S307：对称算法模块307使用Q2对下一个接收到的视频帧(例如，视频帧 2)进行加密，从而可以获得加密视频帧2。依此类推，加密模块305还可以使用对称算法模块307依次生成的密钥Q3、Q4、Q5等，对后续收到的视频帧进行加密，从而可以获得加密视频帧3、加密视频帧4、加密视频帧5等等，这些加密视频帧组成了加密视频流。其中，密钥和视频帧是一一对应的关系。

可以理解的是，生成密钥Q2的过程和接收视频帧2的过程可以同时进行，无需在接收到视频帧2后再生成密钥Q2，由此可以提高密钥生成的效率，从而可以提高加密的效率，避免等待密钥进行加密导致的无效时间。

本申请实施例提供的视频采集方法、加密芯片及加密系统，通过一颗外拓的加密芯片，即可将不带加密的存量视频采集系统升级为具有加解密与完整性保护功能的安全视频采集系统。

在加密芯片配置完成后，无需额外的配置与CPU操作的加密运算，仅需通过加密芯片的通讯接口接收明文视频流数据，即可返回加密完成的视频流数据，并附加完整性校验码。使增加的加密操作对原有视频采集设备的影响达到最小，实现对原视频采集设备或视频监控设备无感的安全加密与完整校验操作。

此外，在加密芯片中的通讯接口接收明文数据的过程中，加密芯片中的对称算法模块可以同时并行完成密钥流的产生，极大的优化了整个系统的运算性能。

通过以上的实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请实施例各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：快闪存储器、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何在本申请揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种视频采集方法，应用于芯片，其特征在于，所述方法包括：

接收视频采集设备发送的视频流，所述视频流包括若干视频帧；

接收密钥流，所述密钥流包括若干依次生成的密钥；

利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及

将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述加密视频流发送给所述视频采集设备之前，所述方法还包括：

实时计算所述加密视频流的校验码，所述校验码用于验证接收所述加密视频流的完整性，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧和所述校验码。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在，所述方法进一步包括：

依次接收所述视频流中的视频帧；

在接收任意视频帧的同时，生成所述密钥流中的当前密钥；

在接收到当前视频帧后，使用所述密钥流中的当前密钥对当前视频帧进行加密，得到所述加密视频帧。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密钥流包括第一密钥和第二密钥，所述第二密钥为所述第一密钥相邻的后一个密钥，所述第二密钥由所述第一密钥确定。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述密钥包括第一密钥和第二密钥，所述第二密钥为与所述第一密钥相邻的后一个密钥，所述第一密钥由第一数值确定，所述第二密钥由第二数值确定，所述第二数值由所述第一数值确定。

6.一种加密芯片，用于加密视频流，其特征在于，所述加密芯片包括：

通讯接口模块，用于通过通讯接口从视频采集设备接收视频流，所述视频流包括若干视频帧；

对称算法模块，用于生成密钥流并发送给所述通讯接口模块中的加密模块，所述密钥流中包括若干依次生成的密钥；

所述通讯接口模块中的所述加密模块，用于利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及

所述通讯接口模块，还用于将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。

7.根据权利要求6所述的加密芯片，其特征在于，所述通讯接口模块还包括：

完整性校验模块，用于实时计算所述加密视频流的校验码，所述校验码用于验证接收所述加密视频流的完整性，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧和所述校验码。

8.根据权利要求6所述的加密芯片，其特征在于，所述对称算法模块基于输出反馈模式OFB生成密钥流，或者基于计数器模式CTR生成密钥流。

9.根据权利要求7所述的加密芯片，其特征在于，所述完整性校验模块采用循环冗余校验CRC，或纠错码校验ECC，或检错码校验EDC，或奇偶校验码校验；以及

所述对称算法模块采用数据加密标准DES，或三重数据加密标准T-DES，或高级加密标准AES，或SM4对称加密算法。

10.一种加密系统，其特征在于，所述系统包括：视频采集设备和加密芯片，所述视频采集设备和所述加密芯片之间通过通讯接口相连；

所述视频采集设备，用于发送视频流给所述加密芯片；

所述加密芯片，用于加密所述视频流后，发送加密视频流给所述视频采集设备；其中，所述加密芯片进一步包括：

通讯接口模块，用于通过所述通讯接口从所述视频采集设备接收视频流，所述视频流包括若干视频帧；

对称算法模块，用于生成密钥流并发送给所述通讯接口模块中的加密模块，所述密钥流中包括若干依次生成的密钥；

所述通讯接口模块中的所述加密模块，用于利用所述密钥流中的若干密钥，加密所述视频流中的若干视频帧，所述密钥与所述视频帧是一一对应的关系；以及

所述通讯接口模块，还用于将加密视频流发送给所述视频采集设备，所述加密视频流包括若干所述加密视频帧。