一种视频监控系统及其视频数据认证方法
专利汇可以提供一种视频监控系统及其视频数据认证方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 涉及视频通信领域，特指一种视频 监控系统 及其视频数据认证方法。其技术方案是：包括摄像与数字视频处理设备、中间网络传输设备和后端配有特殊 软件 的中心 服务器 组成；数字视频处理设备包括有视频压缩与 水 印嵌入模 块 ，中心服务器包括有内容认证模块。在视频获取的同时嵌入脆弱/半脆弱水印。由于本发明在视频拍摄的同时进行了实时压缩与脆弱/半脆弱水印嵌入，能够实现多路通道的实时视频监控并进行内容认证，保证了视频内容的完整性和视频数据源的可靠性。可广泛应用于视频监控系统中。，下面是一种视频监控系统及其视频数据认证方法专利的具体信息内容。
1、一种带内容认证功能的视频监控系统，包括：摄像与数字视频处理设备 (10)、中间网络传输设备(20)和后端配有特殊软件的中心服务器(30)组成； 其特征在于：数字视频处理设备(10)包括有视频压缩与水印嵌入模块，中心 服务器(30)包括有内容认证模块。
2、根据权利要求1所述的视频监控系统，其特征在于：所述的数字视频处 理设备(10)的视频压缩与水印嵌入模块由DM642核的DSP芯片组成。
3、一种根据权利要求1所述的视频监控系统的视频数据认证方法，其特征 在于：在视频获取的同时嵌入脆弱/半脆弱水印。
4、根据权利要求3所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述视频数据 的内容认证水印算法为压缩域半脆弱视频水印算法；所述视频数据完整性水印 算法为压缩域脆弱视频水印算法。
5、根据权利要求4所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述的压缩域 脆弱视频水印算法是在I帧脆弱水印算法中采用DCT域矢量量化技术对I帧进 行压缩，采用基于码字索引受限的矢量量化脆弱水印算法在I帧索引值中嵌入 脆弱水印；P帧脆弱水印算法采用H.264中基于运动估计的标量量化方法进行压 缩。
6、根据权利要求5所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述的I帧脆 弱水印算法是在高频矢量索引Hi中嵌入脆弱水印，保证在任何频带索引发生改 变时都能做出提示；利用从低频和中频矢量索引中提取的信息生成嵌入在高频 索引中的信息位，这样低频和中频矢量索引的改变也会导致脆弱水印位的变化。
7、根据权利要求5所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述的P帧脆 弱水印嵌在量化后的DCT系数中。
8、根据权利要求4所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述的压缩域 半脆弱视频水印算法是通过替换I帧内亮度块的帧内预测残差的AC系数来嵌入 水印比特信息，即通过修改运动向量MV使得MVD的水平或垂直偏移量为奇数或 偶数来标记不同的水印信息。
9、根据权利要求4所述的视频数据认证方法，其特征在于：所述的认证方 法的具体执行过程是首先由视频采集设备采集的视频序列进行分块变换和量化 进行I帧编码，将量化后的数据进行反变换和反量化与后续的帧执行运动估计 和运动补偿得到P帧编码数据；而原始水印信息经水印密钥进行水印编码，将 编码后的水信信息，按水印算法选取一部分DCT系数和运动矢量进行水印嵌入； 最后将嵌入水印的预测残差数据、运动矢量和控制参数等进行熵编码得到嵌入 水印的压缩码流。
10、根据权利要求4-9任一项所述的视频数据认证方法，其特征在于：所 述的视频数据压缩技术采用H.264或MPEG-4压缩标准。
技术领域
本发明涉及数字视频数据通信领域，特指一种视频监控系统及其视频数据 认证方法。
背景技术
而内容认证水印将认证对象作为通信信道，嵌入的水印不可感知，可以包 含一个特殊的产品ID，也可以是一些基于内容的码字，水印信息在必要时被提 取出来用于认证。相比数字签名技术，满足要求的内容认证水印技术有以下优 点：(1)无需额外的消息认证码存放空间，内容认证水印技术将认证码嵌入认 证载体，这样一来，认证码字将会一直依附在数据对象中，起到对载体内容的 保护作用，而且在需要认证时以密钥直接提取，方便安全；(2)可实现认证精 度的可调节，多媒体内容认证的特点要求接受合适的压缩编码处理，内容认证 水印的算法设计比较灵活，精度可以根据应用要求的不同而调节，即既可以实 现完全认证(敏感度小到1比特信息)，也可以实现内容认证(对内容的改动敏 感)；(3)可实现篡改区域的定位，数字认证水印技术的检测结果不但有篡改与 否的结论，而且还能说明数据对象被篡改的程度，并对被篡改的区域进行定位； (4)可实现一定程度的自恢复，数字认证水印技术还能通过自嵌入的方法对被 毁坏的部分进行一定程度的自恢复。这种功能在能篡改发生后通过提取水印形 式的备份信息，恢复一定程度的原始内容，在实际应用中具有重要价值。
目前各种视频监控产品已经很多，在远程拍摄到的视频数据通过IP网传输 到中心服务器前，都要经过压缩，减少数据速率。但是没有在视频监控系统中 嵌入水印信息来实现内容认证功能。
发明内容
本发明解决的技术问题之二在于提供一种视频数据的认证方法；本方法可 以实现内容认证和保证视频数据完整性的目的。
本发明解决技术问题之一的技术方案是：包括摄像与数字视频处理设备、 中间网络传输设备和后端配有特殊软件的中心服务器组成；数字视频处理设备 包括有视频压缩与水印嵌入模块，中心服务器包括有内容认证模块。
所述的数字视频处理设备的视频压缩与水印嵌入模块由DM642核的DSP芯 片组成。
本发明解决技术问题之二的技术方案是：在视频获取的同时嵌入脆弱/半脆 弱水印。
所述视频数据的内容认证水印算法为压缩域半脆弱视频水印算法；所述视 频数据完整性水印算法为压缩域脆弱视频水印算法。
所述的压缩域脆弱视频水印算法是在I帧脆弱水印算法中采用DCT域矢量 量化技术对I帧进行压缩，采用基于码字索引受限的矢量量化脆弱水印算法在I 帧索引值中嵌入脆弱水印；P帧脆弱水印算法采用H.264中基于运动估计的标量 量化方法进行压缩。
所述的I帧脆弱水印算法是在高频矢量索引Hi中嵌入脆弱水印，保证在任 何频带索引发生改变时都能做出提示；利用从低频和中频矢量索引中提取的信 息生成嵌入在高频索引中的信息位，这样低频和中频矢量索引的改变也会导致 脆弱水印位的变化。
所述的P帧脆弱水印嵌在量化后的DCT系数中。
所述的压缩域半脆弱视频水印算法是通过替换I帧内亮度块的帧内预测残 差的AC系数来嵌入水印比特信息，即通过修改运动向量MV使得MVD的水平或 垂直偏移量为奇数或偶数来标记不同的水印信息。
所述的认证方法的具体执行过程是首先由视频采集设备采集的视频序列进 行分块变换和量化进行I帧编码，将量化后的数据进行反变换和反量化与后续 的帧执行运动估计和运动补偿得到P帧编码数据；而原始水印信息经水印密钥 进行水印编码，将编码后的水信信息，按水印算法选取一部分DCT系数和运动 矢量进行水印嵌入；最后将嵌入水印的预测残差数据、运动矢量和控制参数等 进行熵编码得到嵌入水印的压缩码流。
所述的视频数据压缩技术采用H.264或MPEG-4压缩标准。
本发明的有益效果是：
1、在已有视频监控系统系统的基础上，在视频获取的同时嵌入脆弱/半脆 弱水印，可达到内容认证和数据完整性的目的。
2、运用压缩域视频水印技术，在视频压缩的同时内置式嵌入水印信息，因 此不会在后续的压缩过程丢失部分水印数据，同时水印的提取可以在部分解码 条件下进行，适合视频监控实时应用场合。
3、在视频获取的最源端——视频监控点对采集的视频序列进行实时压缩和 水印嵌入，极大提高了视频内容完整性和可靠性。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明：
图1为本发明视频监控系统结构示意图；
图2为本发明压缩域视频水印嵌入框图；
图3为本发明视频监控系统执行流程图。
具体实施方式
网络传输设备20由以太网卡组成，通过一组以太网协议和SIP协议负责压 缩码流和控制命令在IP网上的实时、流畅和无误传输。
中心服务器30由内容认证模块、视频存储模块组成，内容认证模块负责监 视的视频数据的内容认证和数据完整性验证；其中服务器配有系统管理软件用 于前端的云台控制和水印信息的管理；另外服务器装有的特殊软件能对视频内 容进行人体行为检测与跟踪，当发现可疑人体行为时可发送控制命令操作前端 摄像头进行集中拍摄，并启动视频存储模块进行录像。
本发明的视频压缩技术采用H.264或MPEG-4压缩标准。例如，将X264算 法经高效软件优化后能实时对多路通道视频的压缩处理后烧写到DM642的FLASH 中脱机运行。
本发明的硬件技术采用DM642核的DSP处理器。
本发明的数字水印算法功能包括：本发明提供的信息隐藏功能可鉴别所接 收到的视频段是否被人篡改及篡改定位。
(1)压缩域脆弱视频水印算法：本发明的I帧脆弱水印算法采用DCT域矢量 量化技术对I帧进行压缩，采用基于码字索引受限的矢量量化脆弱水印算法在I 帧索引值中嵌入脆弱水印。在I帧中，每个8×8DCT系数块的码流由低频矢量 索引Li，中频矢量索引Mi和高频矢量Hi索引三部分组成。由于高频DCT系数 对攻击操作的敏感程度要高于低频和中频DCT系数，因此本发明采用在高频矢 量索引Li中嵌入脆弱水印，保证在任何频带索引发生改变时都能做出提示。利 用从低频和中频矢量索引中提取的信息生成嵌入在高频索引中的信息位，这样 低频和中频矢量索引的改变也会导致脆弱水印位的变化。P帧脆弱水印算法采用 H.264中基于运动估计的标量量化方法进行压缩。P帧的编码码流主要由三部分 组成：码流标记位、运动矢量和量化后DCT系数组成。码流标记位记录了该帧 的属性和编码方式，用于指导解码器如何对当前帧解码。如果码流标记发生错 误，解码器将无法对该帧进行解码。本发明将P帧脆弱水印嵌在量化后的DCT 系数中。利用运动矢量的特征生成嵌在DCT系数中的信息位，保证脆弱水印能 够同时对运动矢量和DCT系数进行认证。
(2)压缩域半脆弱视频水印算法：本发明采用通过替换I帧内亮度块的帧内 预测残差的AC系数来嵌入水印比特信息，不同模式的预测块与当前块的差值产 生不同的预测残差块，每一个预测残差块按相同的规则嵌入水印后得到不同的 水印预测残差块，通过拉格朗日预测模式选择一个具有最佳率失真性能的水印 残差块，与相应的预测模式的代号一起进入最后的码流。H.264使用基于块的运 动估计预测补偿机制，它使用树形构造的运动补偿方法来划分宏块，支持从16× 16到4×4尺寸范围的子块，更小的子块有助于提供更精确的运动信息，减少方块 效应，提高图像质量。本发明采用半脆弱水印嵌入在亮度块的运动向量预测中， 通过修改运动向量MV使得MVD的水平或垂直偏移量为奇数或偶数来标记不同的 水印信息。
图2为本发明的数字视频压缩与水印嵌入模块的具体执行过程；首先由视频 采集设备采集的视频序列进行分块变换和量化进行I帧编码，将量化后的数据 进行反变换和反量化与后续的帧执行运动估计和运动补偿得到P帧编码数据， 而原始水印信息经水印密钥进行水印编码，将编码后的水信信息，按水印算法 选取一部分DCT系数和运动矢量进行水印嵌入，最后将嵌入水印的预测残差数 据、运动矢量和控制参数等进行熵编码得到嵌入水印的压缩码流。
结合图3说明本发明的循环执行流程图；带内容认证功能的视频监控系统 首先上电引导固化在FLASH中的应用程序，启动任务1，完成一帧视频数据的采 集，给任务2发出任务1已完成消息，任务2启动，进行原始水印信息的读取 和编码水印信息生成，并执行视频压缩编码和水印嵌入，任务2执行耗时最长， 任务最重，占系统资源最多。待任务2执行结束向任务3发出任务2已完成消 息，启动任务3，进行RTP打包，启动任务4完成IP网上的视频包的传输。任 务5等待接收数据并进行解码，由任务6进行回放和监视。任务7在任务5执 行的同时进行水印的检测，同时中心服务器上的特殊软件对任务5完成的解码 视频执行任务8，完成视频内容的行为分析，当发现可疑行为时，执行任务9， 反馈控制命令信息，控制前端摄像头的拍摄动作。由于嵌入了脆弱/半脆弱水印， 因此现场拍摄的数字视频数据具备了内容认证与完整性功能，视频监控中视频 数据可靠性有保证。
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