KR101668464B1 - 암호화 및 다중센서 협업 iot 카메라 시스템 - Google Patents

암호화 및 다중센서 협업 iot 카메라 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템으로서, 감시대상 구역의 특정 사물에 설치되어 이벤트 발생에 따른 데이터를 검출하고, 상기 검출된 센싱 데이터를 센싱 데이터 전송부를 통해 무선으로 전송하는 IOT 무선센서; 상기 IOT 무선센서로부터 센싱 데이터를 수신하고, 감시대상 구역을 촬영한 영상 데이터와 상기 센싱 데이터를 협업 처리한 후 부분 암호화로 처리하여 전송하는 IP 카메라; 및 상기 IP 카메라로부터 부분 암호화로 처리된 영상 데이터와 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 영상 데이터와 센싱 데이터를 다수의 클라이언트로 전송하는 스트리밍 서버를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
본 발명에서 제안하고 있는 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 따르면, IOT 무선센서와, 기존 IOT 게이트웨이 기능이 통합된 IP 카메라와, 기존 IOT 서버 기능이 통합된 스트리밍 서버를 포함하여 구성하고, IP 카메라에서 내장된 IOT 게이트웨이 기능을 사용하여 IOT 무선센서의 센싱 데이터를 활용하고 협업 처리하고, IP 카메라의 암호화 처리부를 통해 SRTP의 암호화 방식과 NAL 유닛의 부분 암호화 장점을 활용한 인트라 프레임(Intra Frame) 특성과 RTP 패킷 특성을 통해 하나 이상의 NAL 유닛이 통합된 RTP 페이로드에 대한 RTP 헤더를 분석하는 부분 암호화가 가능하도록 구성함으로써, 연산 파워를 대폭 절감 할 수 있는 경량화 된 지능형 알고리즘의 시나리오 처리가 가능하고, 표준화되고 동일한 알고리즘을 적용하여 임베디드 시스템의 제한된 CPU 한계를 극복하며, IOT 서버와 스트리밍 서버가 통합 운영되고, 네트워크로 전송된 지능형 영상분석 데이터를 영상과 함께 저장하므로 사후 지능형 영상분석에 활용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, IP 카메라와 IOT 게이트웨이를 내장하여 동일한 경량화 된 암호화 알고리즘으로 암호화 하고, 센싱 데이터와 영상 데이터를 협업하여 중복된 연산을 최소화함으로써, 최적화된 지능형 감시 시스템이 구축될 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 스트리밍 서버와 IOT 서버를 하나의 서버로 구현함으로써, 다수의 클라이언트로부터 복합 경보를 통해 이벤트 데이터를 전송받아 오/경보 율이 최소화될 수 있는 지능형 분산 영상 분석이 구현이 가능하도록 할 수 있다.

Description

암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템{ENCRYPTION AND MULTI SENSOR COLLABORATION IoT CAMERA SYSTEM}
본 발명은 암호화 및 다중센서 협업 IOT(Internet of Things) 카메라 시스템에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 IP(인터넷 프로토콜) 카메라에서 수집된 영상 데이터와 IOT 무선센서로부터 전송받은 센싱 데이터를 네트워크를 통해 클라이언트로 전송하는 시스템 상에서 RTP 헤더 특성을 통해 암호화 대상을 검출하고, IOT(사물인터넷) 환경에 접합한 경량화 된 알고리즘을 적용하고, 동일한 알고리즘으로 처리된 데이터를 전송받아 복호화할 수 있도록 하는 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 IOT(사물인터넷) 스마트 영상 감시 시스템은, 각종 건물이나 집, 사무실, 매장 등의 감시 대상 지역의 주변에 카메라 및 센서를 설치하고, 이들로부터 취득되는 정보를 저장하고 정보를 분석하여 자동으로 이상 행위를 탐지함으로써 관리자에게 경보를 전송하는 기술이다. 이러한 IOT 스마트 영상 감시 시스템을 이용하면, 사고를 사전에 예방하고 사고가 발생한 경우에는 신속하게 대응하여 피해를 줄일 수 있게 된다. 통상 IOT 환경에 적용되는 경량화 장치들은 낮은 CPU와 메모리 등 제한적인 요소에 의해 국제표준 권고 기준인 AES-128 이상의 보안 강도를 준수하기 어려웠다.
도 1은 종래의 IOT 카메라 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 IOT 카메라 시스템은, IP 카메라(10), 스트리밍 서버(20), IOT 무선센서(30), IOT 게이트웨이(40), IOT 서버(50), 및 클라이언트(60)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 종래의 IOT 카메라 시스템은, 카메라 모듈로 감시 구역을 촬영하는 IP 카메라(10)와, 전송된 영상을 수신하는 스트리밍 서버(20)와, 스트리밍 서버(20)로부터 네트워크를 통해 전송받은 영상을 표시하는 원격영상 모니터링을 위한 클라이언트(60)로 영상전송 시스템을 구성하고, IOT 무선센서(30)와, IOT 게이트웨이(40)와, IOT 서버(50), 및 IOT 서버(50)로부터 데이터를 수신하고 원격 제어하는 클라이언트(60)를 IOT 서버 시스템으로 구성하게 된다. 여기서, 종래의 IOT 카메라 시스템은 크게 영상전송 시스템과 IOT 서버 시스템의 네트워크 이중화로 구성하고, 클라이언트(60)는 웹 클라이언트(61)와 모바일 클라이언트(62)로 구성될 수 있다. 이하, 종래의 IOT 카메라 시스템의 각 구성요소의 기능을 첨부된 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
IP 카메라(10)는 카메라 모듈로 감시 구역을 촬영한 영상을 수신하는 카메라 영상 수신부(11)와, 카메라 영상 수신부(11)로부터 전송된 영상을 분석하고 영상 데이터를 스트리밍 서버(20)로 전송하는 영상 전송부(102)로 구성되고, 스트리밍 서버(20)는 영상 수신부(21)와 다중접속 서버부(22)를 구비하며, 다수의 IP 카메라(10)로부터 수신되는 영상을 저장하고, 다수의 클라이언트(60)로 재전송하는 역할을 한다. 또한, IOT 무선센서(30)는 움직임감지, 조명센서, 가전기기, 도어락, 조도센서 등의 센서로부터 센싱한 데이터를 IOT 게이트웨이(40)로 무선으로 전송하는 역할을 한다. 또한, IOT 게이트웨이(40)는 IOT 무선센서(30)들을 센스 노드를 관리하고, 센싱 데이터를 수집하여 IOT 서버(50)로 전송하는 역할을 한다. 또한, IOT 서버(50)는 IOT 게이트웨이(40)로부터 전송된 센싱 데이터와 웹(WEB)을 통해 가입된 사용자를 관리하며, IOT 무선센서(30)와 가입된 사용자를 연결시키는 역할을 한다. 또한, 원격영상 모니터링을 위한 클라이언트(60)는 스트리밍 서버(20)로부터 전송되는 영상을 디코딩 과정을 거쳐 화면에 표시하는 영상 표출부(63)와, IOT 서버(50)로부터 센싱 데이터의 이벤트를 전송받아 표시하고 원격 제어하는 이벤트 처리부(64)로 구성되며, 클라이언트(60)는 웹 클라이언트(61)와 모바일 클라이언트(62)를 포함하여 구성하게 된다.
상기와 같은 종래의 IOT 카메라 시스템은, IOT 무선센서(30)로부터 센싱 정보를 수집 및 관리하는 IOT 게이트웨이(40)가 별도로 구축 되어야 하며, IP카메라(10)는 독립된 네트워크를 구성하거나 센서노드처럼 동작하고 스트리밍 서버(20)와 IOT 서버(50)가 분리 운영 되어 있어야 하므로, 구축비용이 고가이고, 시스템 설정과 운영이 상대적으로 어렵다는 단점이 있었다. 아울러, 이와 같은 종래의 IOT 카메라 시스템은, 현재 IP 카메라에 내장된 H/W 모션 감지기능, H/W 지능형 알고리즘, S/W 지능형 알고리즘을 무선센스 노드로부터 전송된 데이터와 협업 및 활용할 수 없어 오보 발생이 증가하는 단점이 있었다. 또한, 스트리밍 서버(20)와 IOT 서버(50)가 네트워크 이중화로 분리 구성됨에 따라, 클라이언트(60)는 개별 서버에 각각 접속하여 개별로 원격제어를 진행해야 하는 불편함이 따르는 문제가 있었다.
특히, 종래의 IOT 카메라 시스템은, 센싱 데이터와 영상 데이터가 분리되어 있어 다양한 지능형 SW 알고리즘의 처리에 어려움이 있고, IOT의 제한된 환경에 의해 표준 권고사항인 AES-128이상의 암호화가 어려워 IOT 통합 보안시스템의 설계에 어려움이 있었다. 즉, 종래의 IOT 카메라 시스템에 영상 암호화 방식인 SRTP(Secure Real-time Transport Protocol) 프로토콜을 적용하면, 페이로드(Payload) 전체 데이터를 암호화해야 하고, NAL(Network Abstraction Layer) 유닛의 암호화는 부분 암호화 방식이지만 NAL 단위 유닛을 모두 검출하고, 암호화하게 됨에 따라 연산파워가 증가하게 된다. 이는 NAL 유닛을 모두 검출하여 부분 암호화하는 시스템의 구성으로, 연산과정 및 검출과정이 복잡하고 반복적인 연산이 필요하게 되어 IOT 스마트 영상 감시 시스템 성능의 저하를 야기하는 문제가 있었다.
본 발명은 기존에 제안된 방법들의 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위해 제안된 것으로서, IOT 무선센서와, 기존 IOT 게이트웨이 기능이 통합된 IP 카메라와, 기존 IOT 서버 기능이 통합된 스트리밍 서버를 포함하여 구성하고, IP 카메라에서 내장된 IOT 게이트웨이 기능을 사용하여 IOT 무선센서의 센싱 데이터를 활용하고 협업 처리하고, IP 카메라의 암호화 처리부를 통해 SRTP의 암호화 방식과 NAL 유닛의 부분 암호화 장점을 활용한 인트라 프레임(Intra Frame) 특성과 RTP 패킷 특성을 통해 하나 이상의 NAL 유닛이 통합된 RTP 페이로드에 대한 RTP 헤더를 분석하는 부분 암호화가 가능하도록 구성함으로써, 연산 파워를 대폭 절감 할 수 있는 경량화 된 지능형 알고리즘의 시나리오 처리가 가능하고, 표준화되고 동일한 알고리즘을 적용하여 임베디드 시스템의 제한된 CPU 한계를 극복하며, IOT 서버와 스트리밍 서버가 통합 운영되고, 네트워크로 전송된 지능형 영상분석 데이터를 영상과 함께 저장하므로 사후 지능형 영상분석에 활용이 가능하도록 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템을 제공하는 것을 그 목적을 한다.
또한, 본 발명은, IP 카메라와 IOT 게이트웨이를 내장하여 동일한 경량화 된 암호화 알고리즘으로 암호화 하고, 센싱 데이터와 영상 데이터를 협업하여 중복된 연산을 최소화함으로써, 최적화된 지능형 감시 시스템이 구축될 수 있도록 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 스트리밍 서버와 IOT 서버를 하나의 서버로 구현함으로써, 다수의 클라이언트로부터 복합 경보를 통해 이벤트 데이터를 전송받아 오/경보 율이 최소화될 수 있는 지능형 분산 영상 분석이 구현이 가능하도록 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템은,
암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템으로서,
감시대상 구역의 특정 사물에 설치되어 이벤트 발생에 따른 데이터를 검출하고, 상기 검출된 센싱 데이터를 센싱 데이터 전송부를 통해 무선으로 전송하는 IOT 무선센서;
상기 IOT 무선센서로부터 센싱 데이터를 수신하고, 감시대상 구역을 촬영한 영상 데이터와 상기 센싱 데이터를 협업 처리한 후 부분 암호화로 처리하여 전송하는 IP 카메라; 및
상기 IP 카메라로부터 부분 암호화로 처리된 영상 데이터와 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 영상 데이터와 센싱 데이터를 다수의 클라이언트로 전송하는 스트리밍 서버를 포함하는 것을 그 구성상의 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 IP 카메라는,
상기 감시대상 구역을 촬영한 아날로그 영상신호를 디지털로 변환하는 카메라 영상 수신부;
상기 카메라 영상 수신부의 디지털 영상으로부터 인트라 프레임을 검출하고, 검출된 인트라 프레임 데이터의 RTP(Real-time Transport Protocol) 페이로드 부분을 암호화 처리하는 암호화 처리부;
상기 IOT 무선센서들로부터 수신한 센싱 데이터를 수집 관리하는 센서노드 관리 처리부;
상기 센서노드 관리 처리부의 수집 관리되는 센싱 데이터와 부분 암호화 처리된 영상 데이터를 기반으로 협업 알고리즘을 적용하는 센서 협업부; 및
상기 센서 협업부를 통해 협업 알고리즘이 적용된 센싱 데이터와 영상 데이터를 상기 스트리밍 서버를 매개로 해당 클라이언트로 전송하는 영상 전송부를 포함하여 구성할 수 있다.
바람직하게는, 상기 암호화 처리부는,
상기 카메라 영상 수신부에서 처리된 H.264 영상 데이터에서 인트라 프레임(Intra Frame)을 검출하고, 부분 데이터만 경량화 하는 암호화 알고리즘을 적용할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 암호화 처리부는,
상기 인트라 프레임 데이터의 RTP 페이로드의 최초(첫 번째) 암호화 바이트를 블록 암호화로 처리할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 암호화 처리부는,
상기 인트라 프레임 데이터의 판별을 RTP 페이로드 타입으로 구분 처리할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 암호화 처리부는,
상기 인트라 프레임 데이터의 길이가 암호화를 위한 최소 길이보다 작을 경우, 암호화를 수행하지 않도록 할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 암호화 처리부는,
상기 암호화된 데이터를 암호화와 동일한 방법으로 인트라 프레임을 검출하고, 복호화키를 통해 부분 복호화 하는 복호화 처리를 더 수행할 수 있다.
더욱 바람직하게는, 상기 IP 카메라는,
상기 센서 협업부에서 상기 IOT 무선센서의 센싱 데이터와 카메라 영상으로부터 이벤트를 협업 처리하여 상기 암호화 처리부로 전송하면, 상기 암호화 처리부에서는 전송받은 협업 처리된 이벤트를 암호화할 수 있다.
본 발명에서 제안하고 있는 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 따르면, IOT 무선센서와, 기존 IOT 게이트웨이 기능이 통합된 IP 카메라와, 기존 IOT 서버 기능이 통합된 스트리밍 서버를 포함하여 구성하고, IP 카메라에서 내장된 IOT 게이트웨이 기능을 사용하여 IOT 무선센서의 센싱 데이터를 활용하고 협업 처리하고, IP 카메라의 암호화 처리부를 통해 SRTP의 암호화 방식과 NAL 유닛의 부분 암호화 장점을 활용한 인트라 프레임(Intra Frame) 특성과 RTP 패킷 특성을 통해 하나 이상의 NAL 유닛이 통합된 RTP 페이로드에 대한 RTP 헤더를 분석하는 부분 암호화가 가능하도록 구성함으로써, 연산 파워를 대폭 절감 할 수 있는 경량화 된 지능형 알고리즘의 시나리오 처리가 가능하고, 표준화되고 동일한 알고리즘을 적용하여 임베디드 시스템의 제한된 CPU 한계를 극복하며, IOT 서버와 스트리밍 서버가 통합 운영되고, 네트워크로 전송된 지능형 영상분석 데이터를 영상과 함께 저장하므로 사후 지능형 영상분석에 활용이 가능하도록 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, IP 카메라와 IOT 게이트웨이를 내장하여 동일한 경량화 된 암호화 알고리즘으로 암호화 하고, 센싱 데이터와 영상 데이터를 협업하여 중복된 연산을 최소화함으로써, 최적화된 지능형 감시 시스템이 구축될 수 있도록 할 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은, 스트리밍 서버와 IOT 서버를 하나의 서버로 구현함으로써, 다수의 클라이언트로부터 복합 경보를 통해 이벤트 데이터를 전송받아 오/경보 율이 최소화될 수 있는 지능형 분산 영상 분석이 구현이 가능하도록 할 수 있다.
도 1은 종래의 IOT 카메라 시스템의 개략적인 구성을 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템의 구성을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서의 영상 압축, NAL 데이터 및 RTP 패킷을 설명하기 위한 영상 암호화 블록을 도시한 도면.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 적용되는 RTP 헤더의 패킷 구조를 도시한 도면.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서의 암호화 과정 및 복호화 과정의 흐름을 도시한 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서, 센서 협업부를 통해 검출된 지능형 메타 데이터와 종래의 메타 데이터의 비교 구성을 도시한 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 ‘연결’ 되어 있다고 할 때, 이는 ‘직접적으로 연결’ 되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 ‘간접적으로 연결’ 되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 ‘포함’ 한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템의 구성을 도시한 도면이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템(100)은, IOT 무선센서(110), IP 카메라(120), 스트리밍 서버(130)를 포함하여 구성될 수 있으며, 클라이언트(140)를 더 포함하여 구성될 수 있다.
IOT 무선센서(110)는, 감시대상 구역이나 특정 사물에 설치되어 이벤트 발생에 따른 데이터를 검출하고, 검출된 센싱 데이터를 센싱 데이터 전송부(111)를 통해 무선으로 전송하는 구성이다. 이러한 IOT 무선센서(110)는 움직임 감지, 조명 센서, 가전기기, 도어락, 조도센서 등의 센서로부터의 센싱 데이터를 무선으로 전송하는 역할을 한다. 여기서, IOT 무선센서(110)는 복수의 구비되는 사물인터넷(IOT)의 구성으로, 널리 알려진 통상의 구성에 해당하므로 불필요한 설명은 생략하기로 한다.
IP 카메라(120)는, IOT 무선센서(110)로부터 센싱 데이터를 수신하고, 감시대상 구역을 촬영한 영상 데이터와 센싱 데이터를 협업 처리한 후 부분 암호화로 처리하여 전송하는 카메라 장치의 구성이다. 이러한 IP 카메라(120)는 감시대상 구역을 촬영한 아날로그 영상신호를 디지털로 변환하는 카메라 영상 수신부(121)와, 카메라 영상 수신부(122)의 디지털 영상으로부터 인트라 프레임을 검출하고, 검출된 인트라 프레임 데이터의 RTP(Real-time Transport Protocol) 페이로드 부분을 암호화 처리하는 암호화 처리부(122)와, IOT 무선센서(110)들로부터 수신한 센싱 데이터를 수집 관리하는 센서노드 관리 처리부(123)와, 센서노드 관리 처리부(123)의 수집 관리되는 센싱 데이터와 부분 암호화 처리된 영상 데이터를 기반으로 협업 알고리즘을 적용하는 센서 협업부(124), 및 센서 협업부(124)를 통해 협업 알고리즘이 적용된 센싱 데이터와 영상 데이터를 스트리밍 서버(130)를 매개로 해당 클라이언트(140)로 전송하는 영상 전송부(125)를 포함하여 구성할 수 있다.
IP 카메라(120)는 IOT 무선센서(110)들의 IOT 게이트웨이 기능이 내장된 지능형 영상 감시 시스템의 구현을 위한 구성으로, 센서노드 관리 저장부(123)와 센서 협업부(124)를 통해 지능화된 협업 알고리즘 기능이 내장되는 형태이다. 즉, IP 카메라(120)는 영상과 센싱 데이터의 이벤트를 후술하게 될 클라이언트(140)의 웹 클라이언트(141)와 모바일 클라이언트(142)로 전송할 수 있다. 이러한 IP 카메라(120)는 센서 협업부(124)를 통해 카메라 영상 분석 자료와, IOT 무선센서(110)의 노드로부터 전송된 센싱 데이터를 바탕으로 지능화된 협업 알고리즘이 가능하게 된다. 이는 스트리밍 서버(130)에 기존의 IOT 서버를 단일화하여 클라이언트(140)에 동일한 채널로 정보를 전송할 수 있게 된다.
또한, IP 카메라(120)의 암호화 처리부(122)는 카메라 영상 수신부(121)에서 처리된 H.264 영상 데이터에서 인트라 프레임(Intra Frame)을 검출하고, 부분 데이터만 경량화 하는 암호화 알고리즘을 적용할 수 있다. 여기서, 암호화 처리부(122)에서의 암호화는 ARIA(Academy Research Institute Agency)와, HIGHT(HIGh security and light weigHT)와, LEA(Lightweight Encryption Algorithm)와, SEED 등의 국산 경량화 암호화 알고리즘과 AES(Advanced Encryption Standard Algorithm), PRINCE, Extended PRINCE 등의 국제 표준 암호화를 적용할 수 있다. 본 발명에서의 바람직한 암호화 알고리즘으로는 PRINCE, HIGHT, 및 LEA의 알고리즘이 사용될 수 있다.
또한, 암호화 처리부(122)는 인트라 프레임 데이터의 RTP 페이로드의 최초(첫 번째) 암호화 바이트를 블록 암호화로 처리할 수 있다. 또한, 암호화 처리부(122)는 인트라 프레임 데이터의 판별을 RTP 페이로드 타입으로 구분 처리할 수 있다. 또한, 암호화 처리부(122)는 인트라 프레임 데이터의 길이가 암호화를 위한 최소 길이보다 작을 경우, 암호화를 수행하지 않을 수 있다. 또한, 암호화 처리부(122)는 암호화된 데이터를 암호화와 동일한 방법으로 인트라 프레임을 검출하고, 복호화 키를 통해 부분 복호화 하는 복호화 처리를 더 수행할 수 있다. 여기서, IP 카메라(120)의 센서 협업부(124)에서 IOT 무선센서(110)의 센싱 데이터와 카메라 영상으로부터 이벤트를 협업 처리하여 암호화 처리부(122)로 전송하면, 암호화 처리부(122)에서는 전송받은 협업 처리된 이벤트를 암호화할 수 있다.
스트리밍 서버(130)는, IP 카메라(120)로부터 부분 암호화로 처리된 영상 데이터와 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 영상 데이터와 센싱 데이터를 다수의 클라이언트(140)로 전송하는 서버 구성이다. 이러한 스트리밍 서버(130)는 기존의 스트리밍 서버와 동일한 기능을 수행하되, 도 1에 분리 도시되어 있는 IOT 서버의 기능을 단일화하여 클라이언트(140)에 동일한 채널로 정보를 전송할 수 있다. 즉, 본 발명에서의 스트리밍 서버(130)는 도 1에 도시된 스트리밍 서버(20)와 IOT 서버(50)의 이중화로 분리된 네트워크를 통합하여 단일 채널로 정보 교환이 가능하도록 구성에 차이가 있다.
클라이언트(140)는, 영상표출 및 이벤트 처리부(143)를 구비하는 웹 클라이언트(141)와 모바일 클라이언트(142)들로 구성되며, IOT 무선센서(110)들과 IP 카메라(120)의 정보를 원격영상으로 모니터링 하는 구성이다. 이러한 클라이언트(140)는 스트리밍 서버(130)와 단일 채널로 연결되어 통신하는 기능에 차이가 있을 뿐, 도 1에 도시된 클라이언트와 동일한 구성 및 기능을 수행하는 것으로 이해될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서의 영상 압축, NAL 데이터 및 RTP 패킷을 설명하기 위한 영상 암호화 블록을 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에 적용되는 RTP 헤더의 패킷 구조를 도시한 도면이다. 즉, 도 3은 본 발명에 따른 영상 압축, NAL 데이터 및 RTP 패킷 흐름을 설명하기 위한 블록도로서, VCL(Video Coding Layer)에서 엔코딩된 영상은 NAL(Network Abstractio n Layer)에서 네트워크상에서 전송하기 쉽도록 NAL 유닛(NAL Unit)으로 분리되고, RTP 프로토콜에 의해 하나 또는 그 이상의 NAL 유닛이 RTP 패킷(RTP Packet)으로 구성된다.
또한, 도 4는 RTP 헤더의 프로토콜 구조로서, 페이로드 타입(Payload type)은 RFC-3551에 정의되어 있다. 즉, 페이로드 타입에서는 음성, 동영상, 압축방식, 인트라 프레임 정보를 얻을 수 있으며, 이러한 데이터 구조에서 페이로드 타입을 분석하여 인트라 프레임의 페이로드 첫 번째 암호화 대상 바이트만 암호화 하면 GOP(Group of Pictures) 영상 전체를 암호화 한 것과 동일하게 화면에 영향을 주어 화면이 정상적으로 재생되지 않도록 할 수 있게 된다. 이는 부분 데이터만을 대상으로 암호화를 수행하는 것으로 연산횟수는 하나의 GOP를 기준으로 프레임 당 총 NAL 만큼 연산파워가 절약되며, 연산 량은 암호화 바이트를 전체 프레임의 총 바이트로 나눈 값 만큼 절약할 수 있게 된다. 즉, 암호화 대상 데이터의 크기 및 암호화 알고리즘 종류는 사용자가 임의로 정할 수 있으나, 다만 그 크기가 커지고 알고리즘의 종류에 따라 연산 파워가 증가하게 되는바, 본 발명에서는 앞서 설명한 바와 같이, 암호화 알고리즘으로 HIGHT, PRINCE, 및 LEA이 사용될 수 있다.
여기서, RTP는 음성, 영상 또는 시뮬레이션 데이터와 같은 멀티캐스트 또는 유니캐스트 네트워크를 이용하여 전송하는 응용 서비스를 위한 end-to-end 네트워크 전송 프로토콜이다. SRTP(Secure Real-time Transport Protocol)는 음성 및 영상을 실시간으로 전송하는 RTP를 암호화하는 프로토콜로 RFC-3711로 표준화 되어 있으며, 실제 미디어인 RTP Payload가 암호화되어 있다는 점과 인증을 위해 인증태크(Authentication Tag)가 붙는다는 점이 다르다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서의 암호화 과정 및 복호화 과정의 흐름을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 암호화 과정은 먼저 암호화를 위한 버퍼를 할당하여 초기화(501)하고, 사전 정의된 마스터 키(502)를 통해 암호화 Key(503)를 생성한다. 이어, 엔코딩비디오(504)로부터 데이터를 읽고(505), 데이터의 길이와 암호화 데이터 길이(506)를 비교한다. 이때, 데이터 길이가 암호화 데이터보다 작으면 암호화 하지 않고 전송하며, 이보다 클 경우 페이로드 타입을 분석(507)하여 인트라 프레임을 검출하고, 인트라 프레임이 아니면 암호화 하지 않고 인트라 프레임이면 다음 단계(508)로 진행한다. 그리고 확장 헤더(Extension Header)는 확장 비트(Extension bit)를 읽어 유무를 확인(508)하고, 확장 비트가 있으면 페이로드 시작점 오프셋을 확장 길이만큼 이동(509)시키게 된다. 이어, 인트라 프레임, 암호용 KEY, 페이로드 오프셋 정보를 파라미터로 전달받아 인트라 프레임의 페이로드 시작부분을 지정된 암호화 알고리즘으로 부분 암호화(510, 511)한다. 이렇게 암호화된 데이터는 RTP 세션으로 네트워크 전송하고, 엔코딩 비디오(504)를 가져오는 루틴으로 회귀하여 암호화를 계속 진행하게 된다. 또한, 네트워크를 통해 수신된 암화화 데이터는 IP 카메라(120)의 암호화 처리부(122)에서 복호화 된다. 이러한 복호화 단계는 암호화 단계와 유사하게 진행되고, 단지 암호화 키 생성단계가 복호화 KEY 생성단계로 대체된다.
즉, 본 발명에서 IP 카메라(120)의 암호화 처리부(122)를 통해 암호화 및 복호화 처리가 수행됨으로써, 인트라 프레임(Intra Frame)을 검출하고 부분 데이터만 암호화 및 복호화 함에 따른 연산파워를 대폭 절감할 수 있게 되고, IOT 환경과 같이 CPU, 메모리 등의 성능 제한이 크고 제한된 연산 능력으로 기존 보안기술의 적용이 어려운 환경에서 부분 암호화된 경량화 알고리즘을 적용하는 것이 가능하게 된다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템에서, 센서 협업부를 통해 검출된 지능형 메타 데이터와 종래의 메타 데이터의 비교 구성을 도시한 도면이다. 도 6의 (a)는 종래의 메타 데이터로서, 카메라에서 클라이언트로 전송하는 단방향 정보이지만, 도 6의 (b)는 본 발명의 메타 데이터를 기반으로 영상을 분석한 후 결과를 다시 카메라에 통보하는 양방향 정보의 구성이다. 즉, 도 6은 IOT 무선센서로부터 전송받은 센싱 데이터를 바탕으로 센서 협업부를 통해 검출된 지능형 메타 데이터와 종래의 메타 데이터의 차이점을 설명하기 위한 도면이다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래의 메타 데이터는 시작비트(Start Code), 버전정보(Version), 이벤트정보(EventType), 이미지정보(Image Width), 오브젝트영역정보(tracking Box Info), 알람정보(Alarm Info)등의 정보를 전송하게 되며, 이러한 종래의 메타 데이터를 이용하여 이미지 영역과 오브젝트 영역을 표시할 수 있다. 그러나 이러한 메타 데이터는 IoT 무선센서의 센싱 데이터 정보가 다른 알고리즘을 처리하기 위한 베이스 데이터로 활용하기 어렵다. 그러나 본 발명에 의한 메타 데이터는 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 일반적인 메타 데이터 이외에도 객체 검출 데이터가 포함되어 있으므로, 클라이언트에서 지능형 알고리즘을 적용할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 의한 메타 데이터는 시간정보(Time Info), 이벤트 모델링정보(Event Modeling), 객체타입정보(ObjectType), 사용자 정보(User UUID), 디바이스 정보(Device UUID) 등을 더 포함하고 있으며, 이는 종래의 메타 데이터와 비교하여 신뢰할 수 있는 정보를 얻을 수 있고, 또한 메타 데이터를 저장하여 사건 발생 직후에 이벤트를 빠르게 검색 할 수 있게 된다.
상술한 바와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템은, 바람직한 실시예의 적용 예로 무선 센서의 알람(Sensor Notification)이 발생하면 알람이 발생한 위치로 카메라 PTZ가 이동하여 영상을 촬영 및 저장하고, 무선 센서의 사이렌(Siren)이 울리고 사용자가 등록된 모바일로 메시지가 전송되는 스마트 영상 감시 시스템으로 사용될 수 있다. 또한, 일정시간 인체감지 및 영상 모션이 없으면 무선센서 조명(Light dimmer Switch), TV, 창문 커버(Window Covering), 도어락(Door Lock)이 꺼짐(Off) 상태로 전환되거나, 카메라를 통해 영상 침입자가 발생하면 무선센서의 조명(Light dimmer Switch)이나, 무선 센서 사이렌(Siren)이 켜짐(On)상태가 되고 사용자에 통보 되는 시스템에 적용될 수 있다. 또한, 출입문에 설치된 카메라로 영상 확인 이후 원격에서 사용자 인증을 거쳐 출입문을 열수 있도록 하는 등의 다양한 사물인터넷(IOT) 스마트 영상 감시 시스템의 구현에 범용으로 적용되고 구현될 수 있다.
이상 설명한 본 발명은 본 발명이 속한 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 다양한 변형이나 응용이 가능하며, 본 발명에 따른 기술적 사상의 범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 본 발명의 일실시예에 따른 IOT 카메라 시스템
110: IOT 무선센서 111: 센싱 데이터 전송부
120: IP 카메라 121: 카메라 영상 수신부
122: 암호화 처리부 123: 센서노드 관리 처리부
124: 센서 협업부 125: 영상 전송부
130: 스트리밍 서버 131: 영상 수신부
132: 다중접속 서버부 140: 클라이언트
141: 웹 클라이언트 142: 모바일 클라이언트
143: 영상 표출 및 이벤트 처리부

Claims (8)

  1. 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템(100)으로서,
    감시대상 구역의 특정 사물에 설치되어 이벤트 발생에 따른 데이터를 검출하고, 상기 검출된 센싱 데이터를 센싱 데이터 전송부(111)를 통해 무선으로 전송하는 IOT 무선센서(110);
    상기 IOT 무선센서(110)로부터 센싱 데이터를 수신하고, 감시대상 구역을 촬영한 영상 데이터와 상기 센싱 데이터를 협업 처리한 후 부분 암호화로 처리하여 전송하는 IP 카메라(120); 및
    상기 IP 카메라(120)로부터 부분 암호화로 처리된 영상 데이터와 센싱 데이터를 수신하고, 수신된 영상 데이터와 센싱 데이터를 다수의 클라이언트(140)로 전송하는 스트리밍 서버(130)를 포함하되,
    상기 IP 카메라(120)는,
    상기 감시대상 구역을 촬영한 아날로그 영상신호를 디지털로 변환하는 카메라 영상 수신부(121);
    상기 카메라 영상 수신부(121)의 디지털 영상으로부터 인트라 프레임을 검출하고, 검출된 인트라 프레임 데이터의 RTP(Real-time Transport Protocol) 페이로드 부분을 암호화 처리하는 암호화 처리부(122);
    상기 IOT 무선센서(110)들로부터 수신한 센싱 데이터를 수집 관리하는 센서노드 관리 처리부(123);
    상기 센서노드 관리 처리부(123)의 수집 관리되는 센싱 데이터와 부분 암호화 처리된 영상 데이터를 기반으로 협업 알고리즘을 적용하는 센서 협업부(124); 및
    상기 센서 협업부(124)를 통해 협업 알고리즘이 적용된 센싱 데이터와 영상 데이터를 상기 스트리밍 서버(130)를 매개로 해당 클라이언트(140)로 전송하는 영상 전송부(125)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 암호화 처리부(122)는,
    상기 카메라 영상 수신부(121)에서 처리된 H.264 영상 데이터에서 인트라 프레임(Intra Frame)을 검출하고, 부분 데이터만 경량화 하는 암호화 알고리즘을 적용하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 암호화 처리부(122)는,
    상기 인트라 프레임 데이터의 RTP 페이로드의 최초(첫 번째) 암호화 바이트를 블록 암호화로 처리하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  5. 제3항에 있어서, 상기 암호화 처리부(122)는,
    상기 인트라 프레임 데이터의 판별을 RTP 페이로드 타입으로 구분 처리하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  6. 제3항에 있어서, 상기 암호화 처리부(122)는,
    상기 인트라 프레임 데이터의 길이가 암호화를 위한 최소 길이보다 작을 경우, 암호화를 수행하지 않는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  7. 제3항에 있어서, 상기 암호화 처리부(122)는,
    상기 암호화된 데이터를 암호화와 동일한 방법으로 인트라 프레임을 검출하고, 복호화 키를 통해 부분 복호화 하는 복호화 처리를 더 수행하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
  8. 제1항에 있어서, 상기 IP 카메라(120)는,
    상기 센서 협업부(124)에서 상기 IOT 무선센서(110)의 센싱 데이터와 카메라 영상으로부터 이벤트를 협업 처리하여 상기 암호화 처리부(122)로 전송하면, 상기 암호화 처리부(122)에서는 전송받은 협업 처리된 이벤트를 암호화하는 것을 특징으로 하는, 암호화 및 다중센서 협업 IOT 카메라 시스템.
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