CN117528138A - 一种基于pntr加密的虚拟制片视频母片编码系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，包括：第一信息获取模块用于获取摄像机传输的包含视频画面帧I；第二信息获取模块用于获取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；加密模块采用RSA公钥、RSA私钥方式对第一加密视频信息进行加密编码生成第二加密PNTR数据D；帧加密模块采用最低有效位算法以行优先读取方式将第二加密NTR数据D嵌入视频画面帧I的最低位数值的通道中生成加密视频帧；合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R；重编码模块将RSA私钥、结束符E、及由合成帧R组成进行打包网络传输；本发明解决了视频还原过程只需对合成帧进行相应的解析操作，保证视频解码的质量。

Description

一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统及方法
技术领域：
本发明属于视频处理领域，具体涉及一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统及方法。
背景技术：
虚拟制片技术利用5G、GPU等先进技术，结合实时引擎、绿幕和LED屏幕，将虚拟场景和真实演员的表演实时融合呈现。这种技术不仅为视频制作提供了新的创意空间，还大幅降低了成本和时间。虚拟制片的拍摄方法摆脱了对道具实景或室外实景的依赖，大大降低了视频拍摄的成本，提高了视频拍摄的制作速度。但是目前虚拟制片技术门槛较高，需要专业的设备操作人员、摄影师、剪辑人员等，不适合普通用户使用。
在此背景下，可重复母片拍摄及复现技术应运而生，在虚拟制片的拍摄过程中将摄像机控制过程及拍摄灯光调节等增强信息进行编码存储，制作出虚拟制片的母片。用户在获取到母片后使用解析控制系统从编码信息中还原摄像机的控制过程，通过拍摄机器人控制相机自动化拍摄，用户仅需关注表演本身，即可复现出与母片相似的高科技成片。
发明内容：
为了解决现有技术存在的问题，本发明提出一种嵌入PNTR信息的虚拟制片视频母片编解码系统及方法，所述方法将视频拍摄过程中的相机位置和姿态信息、相机参数信息(焦距、光圈、缩放等)、拍摄环境信息(灯光强度、色温等)进行整合，形成PNTR信息，并实时编码至虚拟制片视频中记录相机拍摄过程和拍摄环境的变化过程，本发明提出两种不同的PNTR信息编解码方法，分别为基于图像水印的PNTR信息编解码技术和基于独立文件形式的PNTR信息编解码技术，以适应不同存储视频环境的需要，保护视频原有数据、防止在传输过程被篡改；保证视频还原质量
本发明采用如下技术方案予以实施：
一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，包括：
第一信息获取模块用于获取摄像机传输的包含视频画面帧I；
第二信息获取模块用于获取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；
加密模块采用RSA公钥、RSA私钥方式对第一加密PNTR信息进行加密编码生成第二加密PNTR数据D；其中：所述RSA公钥是对第二加密PNTR数据D加密保护；所述RSA私钥是对第二加密PNTR数据D的公钥进行解密；
帧加密模块采用最低有效位算法以行优先读取方式将第二加密PNTR数据D嵌入视频画面帧I的最低位数值的通道中生成加密视频帧；
合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R；
重编码模块将RSA私钥、结束符E、及由合成帧R组成进行打包网络传输。
进一步地，所述第一加密PNTR信息二进制表示包括：64位时间戳T；由48位相机位置PC和48位相机姿态AC构成的相机控制信息；由12位焦距Focus、12位光圈F、12位缩放Zoom、12位白平衡WB和12位感光度ISO构成的相机参数信息；由48位原点位置Pv和48位原点姿态Av构成的虚拟场景信息；由8位灯光数量、12位灯光ID、48位灯光位置信息、48位灯光姿态Al、12位灯光亮度L、12位色温和K12位强度I构成的灯光信息序列；附加信息R和1位校验位O。
进一步地，合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R步骤；包括：
通过RSA公钥将字符串“EOF”进行编码得到结束符E；
采用最低有效位算法以行优先读取方式将结束符E嵌入加密视频帧最低位数值的通道中生成合成帧R。
一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片解码系统，包括：
第三信息获取模块，用于获取由网络传输的数据包，并对数据包进行解析拆包从中提取视频文件，判断该视频文件中的合成帧R是否与所述虚拟制片视频母片编码系统创建的合成帧R格式相同，若相同则进行解码；
提取解码模块以行优先读取方式读取加密视频帧的最低位数值的通道，并判断通道最低位数值是否具有结束符E；如果满足要求，则将加密视频帧通道最低位数值与视频画面帧I通道中最低位数值对接获得第二加密PNTR数据D；
解密模块使用RSA私钥对第二加密PNTR数据D解密获得第一加密PNTR信息的二进制数据信息表示，
校验模块对第一加密PNTR信息的二进制信息进行奇校验，若计算所得校验码与二进制中的奇校验码一致，则说明信息正确，否则，说明该信息有误。
一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编解码方法，在虚拟制片拍摄母片过程中，由摄像机即其他虚拟制片设备同步记录包含视频画面的基本信息以及与视频画面帧对应的视频增强信息，再由权利要求1～3任一所述的虚拟制片视频母片编码系统对基本信息和视频增强信息进行编码，形成包含PNTR增强信息合成帧R；
对所述合成帧R进行打包，以RTP数据包形式发送至云平台进行存储；
虚拟制片视频母片解码系统从云平台上读取RTP数据包，并通过解码得到所有视频画面帧以及含有PNTR增强信息帧中的视频增强信息的通道最低位数值；再按序从提取解码模块获取视频画面帧发送至显示设备，同时按通道最低位数值增强信息发送至虚拟制片设备用于进行设备控制。
本发明还采用如下技术方案：
一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片编码系统，包括：
第一提取增强信息模块用于从硬件设备中提取需要存储的独立文件信息；
第二提取增强信息模块用于从硬件设备中提取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；
文件格式处理模块用于将第一加密PNTR信息和存储的文件信息采用指定文件格式进行编码获得具有二进制PNTR信息的特定格式文件；
文件编码加密模块采用如下步骤对具有二进制PNTR信息的特定格式文件编码生成合成文件；包括：
采用RSA公钥对具有二进制PNTR信息的特定格式文件加密编码生成第二加密PNTR的特定格式文件；
提取存储文件信息对应的起止时间信息内容字段，将第二加密PNTR的特定格式文件对应时间戳信息写入存储的文件信息对应的起止时间信息内容字段中；
重编码模块将存RSA私钥、合成文件、视频文进行打包网络传输。
进一步地，一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片解码系统，包括：
第三提取增强信息模块以二进制方式读入合成文件内容生成第二加密PNTR的特定格式文件；
文件解码模块采用RSA私钥方式对第二加密PNTR的特定格式文件解码生成具有二进制PNTR信息的特定格式文件；
对具有二进制PNTR信息的特定格式文件进行解码获取所需参数。
有益效果
本发明提供PNTR加密具有增强的鲁棒性，即使经过图像处理、压缩或裁剪等操作，PNTR加密信息仍然保持一定的可读性。解码过程只需对合成帧进行相应的解析操作，即可还原嵌入的信息。解码过程不会导致视频信息丢失或损坏，同时也不会影响图像本身的可视化效果。
本发明将PNTR加密信息以独立文件的形式进行存储，并与视频中进行相关数据信息的隐藏，为视频内容提供了更多的保护功能，提高用户对视频个性化要求的体验。这种方式不仅实现了信息的高效管理和组织，还保护了信息的隐蔽性和安全性，并具备良好的扩展性和跨平台的兼容性。随着技术的不断发展，这种存储和隐藏增强信息的方法将在多媒体领域继续发挥重要作用，为用户带来更丰富多样的视听体验。
附图说明
图1本发明涉及PNTR加密虚拟制片格式图；
图2本发明基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编解码系统示意图；
图3本发明基于独立文件PNTR加密的虚拟制片视频母片编解码系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图1-3对本发明做出如下说明：
如图1所示，本发明一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，
第一信息获取模块用于获取摄像机传输的包含视频画面帧I；其中：基于图像水印的PNTR信息编解码技术是将PNTR信息作为图像水印嵌入图形中，LSB作为典型的水印嵌入算法，技术原理如下：在计算机中，图像通常使用RGB颜色空间来表示。RGB颜色空间由三个通道组成，分别表示红色、绿色和蓝色的强度。一幅图像可以被表示为一个三维数字矩阵，其中每个元素的值在0到255之间，表示对应像素点的RGB值。因此，每个像素点可以用一个三元组(0-255,0-255,0-255)来表示。
本发明将图像转换为三维矩阵后，可以选择其中任意通道，并将其每个像素点的值转换为二进制。然后，将图像的最低位数据清零。由于这种操作不会明显改变数值范围，因此不会影响每一帧画面的视觉效果。
第二信息获取模块用于获取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；
加密模块采用RSA公钥、RSA私钥方式对第一加密视频信息进行加密编码生成第二加密PNTR数据D；其中：所述RSA公钥是对第二加密PNTR数据D加密保护；所述RSA私钥是对第二加密PNTR数据D的公钥进行解密；所述第一加密PNTR信息二进制表示包括：64位时间戳T；由48位相机位置PC和48位相机姿态AC构成的相机控制信息；由12位焦距Focus、12位光圈F、12位缩放Zoom、12位白平衡WB和12位感光度ISO构成的相机参数信息；由48位原点位置Pv和48位原点姿态Av构成的虚拟场景信息；由8位灯光数量、12位灯光、48位灯光位置信息、48位灯光姿态Al、12位灯光亮度L、12位色温和K12位强度I构成的灯光信息序列；附加信息R和1位校验位O。下表为PNTR信息内容：
依据上述PNTR信息格式对所得PNTR二进制信息进行解码获取所需参数将视频拍摄过程中的相机位置和姿态信息、相机参数信息(焦距、光圈、缩放等)、拍摄环境信息(灯光强度、色温等)进行整合，形成PNTR信息，并实时编码至虚拟制片视频中。
上述PNTR的二进制存储格式如图1所示，其中，N灯光数量，R为附加信息长度。
帧加密模块采用最低有效位算法以行优先读取方式将第二加密PNTRD嵌入视频画面帧I的最低位数值的通道中生成加密视频帧；合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R；合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R步骤；包括：
通过RSA公钥将字符串“EOF”进行编码得到结束符E；
采用最低有效位算法以行优先读取方式将结束符E嵌入加密视频帧最低位数值的通道中生成合成帧R。
重编码模块将RSA私钥、结束符E、及由合成帧R组成进行打包网络传输。
如图2所示，本发明提供一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片解码系统，包括：
第三信息获取模块，用于获取由网络传输的数据包，并对数据包进行解析拆包从中提取视频文件，判断该视频文件中的合成帧R是否与基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统的合成帧R相同，合成帧通过RSA公钥将字符串“EOF”进行编码得到结束符E；采用最低有效位算法以行优先读取方式将结束符E嵌入加密视频帧最低位数值的通道中生成合成帧R；若相同则进行解码；
提取解码模块以行优先读取方式读取加密视频帧的最低位数值的通道，并判断通道最低位数值是否具有结束符E；如果满足要求，则将加密视频帧通道最低位数值与视频画面帧I通道中最低位数值对接获得第二加密PNTR数据；
解密模块使用RSA私钥对第二加密PNTR数据D解密获得第一加密PNTR信息的二进制数据信息表示，
校验模块对第一加密PNTR信息二进制信息进行奇校验，若计算所得校验码与二进制中的奇校验码一致，则说明信息正确，否则，说明该信息有误。
本发明还提供一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编解码方法，
提取画面的基本信息以及与视频画面帧对应的视频增强信息，再由虚拟制片视频母片编码系统对基本信息和视频增强信息进行编码，形成包含PNTR增强信息合成帧R；其中：
对所述合成帧R进行打包，以RTP数据包形式发送至云平台进行存储；
由虚拟制片视频母片解码系统从云平台上读取RTP数据包，并通过解码得到所有视频画面帧以及含有PNTR增强信息帧中的视频增强信息的通道最低位数值；再按序从提取解码模块获取视频画面帧发送至显示设备，同时按通道最低位数值增强信息发送至虚拟制片设备用于进行设备控制。
基于独立文件形式的PNTR信息编解码方法
如图3所示，本发明提供一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片编码系统，包括：
第一提取增强信息模块用于从摄像机、声音采集器等设备中提取需要存储的字幕、版权等文件信息；
第二提取增强信息模块用于从定位设备、灯光设备等设备中提取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一PNTR信息；增强信息的提取：首先，从母片视频中提取需要存储的常规信息。这可能包括版权信息、字幕、广告等。根据具体需求，可以使用文本识别、语音识别、图像处理等技术对母片视频内容进行分析和提取。再依据上述基于图像水印的PNTR信息编解码技术的编码对PNTR信息进行提取；
文件格式处理模块用于将第一PNTR信息和存储的文件信息采用指定文件格式进行编码获得具有二进制PNTR信息的特定格式文件；选用特定文件格式，进行常规信息编码，以字幕文件SRT格式为例，将上述到的字幕信息依据常规编码格式写入文件；
文件编码加密模块采用如下步骤对具有二进制PNTR信息的特定格式文件编码生成合成文件；包括：
采用RSA公钥对具有二进制PNTR信息的特定格式文件加密编码生成第二加密PNTR的特定格式文件；
选用特定文件格式，进行常规信息编码，以字幕文件SRT格式为例，将上述到的字幕信息依据常规编码格式写入文件；
提取存储文件信息对应的起止时间信息内容字段，将第二加密PNTR的特定格式文件对应时间戳信息写入存储的文件信息对应的起止时间信息内容字段中；
重编码模块将存RSA私钥、合成文件、视频文进行打包网络传输。
如图3所示，一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片解码系统，包括：
第三提取增强信息模块以二进制方式读入合成文件内容生成第二加密PNTR的特定格式文件；
文件解码模块采用RSA私钥方式对第二加密PNTR的特定格式文件解码生成具有二进制PNTR信息的特定格式文件；
对具有二进制PNTR信息的特定格式文件进行解码获取所需参数。
尽管上面对本发明进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (7)

1.一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，其特征在于，包括：
第一信息获取模块用于获取摄像机传输的包含视频画面帧I；
第二信息获取模块用于获取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；
加密模块采用RSA公钥、RSA私钥方式对第一加密视频信息进行加密编码生成第二加密PNTR数据D；其中：所述RSA公钥是对第二加密PNTR数据D加密保护；所述RSA私钥是对第二加密PNTR数据D的公钥进行解密；
帧加密模块采用最低有效位算法以行优先读取方式将第二加密PNTR数据D嵌入视频画面帧I的最低位数值的通道中生成加密视频帧；
合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R；
重编码模块将RSA私钥、结束符E、及由合成帧R组成进行打包网络传输。
2.根据权利要求1所述的一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，其特征在于，所述第一加密PNTR信息二进制表示包括：64位时间戳T；由48位相机位置PC和48位相机姿态AC构成的相机控制信息；由12位焦距Focus、12位光圈F、12位缩放Zoom、12位白平衡WB和12位感光度ISO构成的相机参数信息；由48位原点位置Pv和48位原点姿态Av构成的虚拟场景信息；由8位灯光数量、12位灯光、48位灯光位置信息、48位灯光姿态Al、12位灯光亮度L、12位色温和K12位强度I构成的灯光信息序列；附加信息R和1位校验位O。
3.根据权利要求1所述的一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编码系统，其特征在于，合成帧模块将结束符E嵌入加密视频帧中生成合成帧R步骤；
包括：
通过RSA公钥将字符串“EOF”进行编码得到结束符E；
采用最低有效位算法以行优先读取方式将结束符E嵌入加密视频帧最低位数值的通道中生成合成帧R。
4.一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片解码系统，其特征在于，包括：
第三信息获取模块，用于获取由网络传输的数据包，并对数据包进行解析拆包从中提取视频文件，判断该视频文件中的合成帧R是否与权利要求1所述虚拟制片视频母片编码系统创建的合成帧R格式相同，若相同则进行解码；
提取解码模块以行优先读取方式读取加密视频帧的最低位数值的通道，并判断通道最低位数值是否具有结束符E；如果满足要求，则将加密视频帧通道最低位数值与视频画面帧I通道中最低位数值对接获得第二加密PNTR数据D；
解密模块使用RSA私钥对第二加密PNTR数据D解密获得第一加密PNTR信息的二进制数据信息表示；
校验模块对第一加密PNTR信息的二进制信息进行奇校验，若计算所得校验码与二进制中的奇校验码一致，则说明信息正确，否则，说明该信息有误。
5.一种基于PNTR加密的虚拟制片视频母片编解码方法，其特征在于，
在虚拟制片拍摄母片过程中，由摄像机即其他虚拟制片设备同步记录包含视频画面的基本信息以及与视频画面帧对应的视频增强信息，再由权利要求1～3任一所述的虚拟制片视频母片编码系统对基本信息和视频增强信息进行编码，形成包含PNTR增强信息合成帧R；
对所述合成帧R进行打包，以RTP数据包形式发送至云平台进行存储；
由权利要求4的虚拟制片视频母片解码系统从云平台上读取RTP数据包，并通过解码得到所有视频画面帧以及含有PNTR增强信息帧中的视频增强信息的通道最低位数值；再按序从提取解码模块获取视频画面帧发送至显示设备，同时按通道最低位数值增强信息发送至虚拟制片设备用于进行设备控制。
6.一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片编码系统，其特征在于，包括：
第一提取增强信息模块用于硬件设备中提取需要存储的独立文件信息；
第二提取增强信息模块用于硬件设备中提取视频增强信息；并将视频增强信息进行二进制转换生成第一加密PNTR信息；
文件格式处理模块用于将第一加密PNTR信息和存储的文件信息采用指定文件格式进行编码获得具有二进制PNTR信息的特定格式文件；
文件编码加密模块采用如下步骤对具有二进制PNTR信息的特定格式文件编码生成合成文件；包括：
采用RSA公钥对具有二进制PNTR信息的特定格式文件加密编码生成第二加密PNTR的特定格式文件；
提取存储文件信息对应的起止时间信息内容字段，将第二加密PNTR的特定格式文件对应时间戳信息写入存储的文件信息对应的起止时间信息内容字段中；
重编码模块将存RSA私钥、合成文件、视频文进行打包网络传输。
7.一种基于独立文件形式的PNTR加密虚拟制片视频母片解码系统，其特征在于，包括：
第三提取增强信息模块以二进制方式读入合成文件内容生成第二加密PNTR的特定格式文件；
文件解码模块采用RSA私钥方式对第二加密PNTR的特定格式文件解码生成具有二进制PNTR信息的特定格式文件；
对具有二进制PNTR信息的特定格式文件进行解码获取所需参数。
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