一种基于h.264视频流的密钥同步信息传输方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种密钥同步信息传输方法，主要适用于基于H.264编码标准的视频， 根据H. 264视频流的结构，在视频帖中嵌入密钥同步信息，进行密钥同步信息的传输。该发 明属于视频安全的技术领域。
【背景技术】
[0002] 随着安防行业的发展，各地除了公安系统建设的视频监控点外，还有运营商、开发 商、企事业单位等自行部署的视频监控系统，其形成了庞大的视频监控资源，如电信的全球 眼无线监控系统、旅游景点、社区、高速公路、港航、公交车、学校等社会视频监控点。然而， 运些视频服务在开放网络环境中很容易遭受人为的攻击，如数据拦截、信息窃取、数据篡改 和数据添删等。
[0003] 针对运一问题，目前已经存在一些解决方案。比如，采用认证技术或者权限划分的 方式，防止非法用户访问存储器中的视频，在传输方面采用建立专口的安全通道保证视频 传输的安全性。然而运些方式都存在一定的缺陷，例如严格的认证过程W及复杂的权限划 分会导致用户体验严重降低等问题。
[0004] 解决上述问题的一种方法是对视频内容本身进行加密，W保证视频传输过程中的 安全，即便视频数据被窃取，在不知道密钥的情况下也无法得到明文视频。采用加密视频来 保护视频安全一个很关键的问题在于密钥的安全性，如果密钥在传输的过程中被窃取，或 者更新的密钥不能及时同步，都无法保证视频的安全。传统的密钥传输通常是简单的文本 数据传输，将密钥加密后传给合法身份的实体，没有考虑与加密对象的关联。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于H.264编码标准的通 用密钥同步信息传输方法，在不改变视频整体结构下在每帖视频中嵌入密钥同步信息，进 行密钥同步信息的传输，视频播放端根据视频帖中的信息实时解密视频，本方法具有通用 性好，安全性高，成本低，具有较高的创新性。H. 264编码是由IS0/IEC与ITU-T组成的联合视 频组制定的视频压缩编码标准，2003年正式公布，目前得到非常广泛的应用，被称为新一代 数字视频压缩格式。
[0006] 按照本发明提供的技术方案，一种基于H. 264编码标准的通用密钥同步信息传输 方法，包括如下步骤：
[0007] 第一步、解析基于H. 264编码的视频，W识别出H. 264编码视频内的网络提取层单 元(NALU,NetworkAbstraction Layer Unit)，所述识别出编码视频的NALU包括参数集、补 充增强信息单元SEI W及视频片。设置SEI参数信息，包括SEI有效载荷类型（SEI payloadType)、设置用户自定义数据长度、填充UUid字段、定义用户自定义数据信息等；
[000引第二步、视频加密之前，在每一帖中找到辅助增强信息SEI，将密钥同步信息放入 设计好的密钥同步数据结构体中，将密钥同步数据结构体填充到SEI的用户自定义数据字 段。运里的密钥同步结构体可W自行定义，内容可W包含系统当前时间，RTP(实时传输协 议)和PTCP(实时传输控制协议)信息，和当前使用的密钥序号等信息。密钥同步数据结构体 应当在视频推送之前创建并填充，推送视频之前首先识别出视频帖中的补充增强信息单元 SEI，将密钥同步数据结构体添加到SEI中的用户自定义数据字段。
[0009] 第=步、定期更新密钥，在视频流中寻找关键帖I帖（由于P帖主要提供辅助预测的 功能，因此只需要在每个I帖之前改变加密密钥即可），当密钥更新时，修改SEI的用户自定 义数据字段中密钥更新标志位的值，并采取对应的新密钥加密视频；
[0010] 第四步、视频播放端接收视频时，首先寻找视频帖的SEI字段，提取SEI字段中密钥 更新标志位的信息，选取相应的密钥解密视频。经测试，即使密钥更新频率很高（即每隔几 帖就选取不同的密钥加密视频），客户端也可W根据SEI中的密钥同步信息快速选取正确的 密钥解密视频，可W保证视频播放的正确性与实时性。客户端解密视频时，会首先提取每个 视频帖之前的SEI信息，得到加密运一帖视频的密钥序号，客户端会向服务器发送密钥序号 查询的请求，服务器会返回相应的密钥给客户端。运里的服务器是个相对的概念，在一个工 程中通常会有运样一个通信控制服务器，对各个实体进行通信的控制W及合法性的验证 等，密钥数据库可W放在服务器端。
[0011] 与现有技术相比，本发明的积极效果为：
[0012] 本文提供了一种基于H. 264视频流的密钥同步信息传输方法，在保留视频的参数 和其它重要信息的情况下，在每帖视频的辅助增强信息SEI中嵌入密钥同步信息，进行密钥 同步信息的传输，视频播放端根据视频帖中的信息实时解密视频。经测试，在密钥更新频率 很高的情况下，视频播放端也可W根据SEI中的密钥同步信息快速选取正确的密钥解密视 频，可W保证视频播放的正确性与实时性。因此本文提出的运种基于H.264视频流的密钥同 步信息传输方法是一种通用性好、安全性高、实时性好、成本低的密钥同步信息传输方法。
【附图说明】
[0013] 图1是编码后的H.264视频结构W及加密的方法结构示意图。
[0014] 图2是H. 264视频传输序列的结构示意图。
[0015] 图3是在视频帖中添加密钥同步信息示意图。
[0016] 图4是视频播放端提取密钥同步信息示意图。
【具体实施方式】
[0017] H. 264视频压缩标准是由ITU-T/IS0在2003年正式公布的视频压缩标准，由于其相 比W往标准的出色的性能，被人们称为新一代视频编码标准。
[001引 H. 264的编码视频序列包括一系列的网络提取层单元(NALU,NetworkAbstraction Layer化it)。每个NALU包括一组对应于视频编码的NAL头信息和一个原始字节序列负荷 (RBSP,Raw B^e Sequence Payload)。每个RBSP都按独立的NALU传送。NALU的信息头(一个 字节)定义了RBSP单元的类型，NALU的其余部分为RBSP数据。
[0019]在RBSP的类型中，有一种类型叫做补充增强信息单元SEI，SEI是用于视频序列解 码的增强信息，主要提供额外的数据或同步信息，可W适当提高同步性能或定义图像的复 杂特征。因此我们可W利用视频帖中自带的SEI信息，按照一定规范自行在视频帖的SEI信 息里添加用户自定义数据，进行密钥同步信息的传输。运里的规范主要包括设置SEI载荷的 类型，设置用户自定义数据的大小，填充UUid,拷贝UUid和用户自定义数据，实现方式在后 文中具体介绍。
[0020] 在H.264编码标准中，首先是引入了两种参数集一一序列参数集(SPS)和图像参数 集(PPS)。序列参数集SPS包含的是针对一连续编码视频序列的参数，如编号标识、帖数、参 考帖的数目、解码图像尺寸和帖场编码模式选择标识等。图像参数集PPS对应的是一个序列 中某一图像或者几幅图像的参数标识、赌编码模式选择标识、片组数目、初始量化参数和去 方块滤波系数调整标识等等。视频帖有关键帖（I帖）、预测帖(P帖)和双向预测帖(B帖)=种 常见的类型。在视频编码的扩展档中还有SI和SP两种类型。其中，参数集的作用是记录或者 初始化基本的参数信息，如序列参数集SPS和图像参数集PPS记录了视频序列的全局参数、 如图像尺寸、视频格式，W及编码的档级等等，主要功能是为了外部操作可W正确的识别一 个完整的视频序列，因此是不可W加密的，否则将导致网络传输、存储和解析等均无法进 行。由于不含实际的视频内容，不加密参数不会带来安全问题。
[0021] 同样，补充增强信息单元SEI是用于视频序列解码的增强信息，主要提供额外的数 据或同步信息，因此在视频流传输的过程中不用加密。解析基于H. 264编码的视频，W识别 出H. 264编码视频内的NALU，包括参数集、辅助增强信息SEIW及视频片。将识别出NALU中的 视频片包括I片、B片、P片等加密传输，将参数集和SEI直接明文传输，并在SEI信息中添加密 钥同步信息。
[0022] 因此，本发明所述密钥同步信息传输方法包括如下步骤：
[0023] 第一步、解析基于H.264编码的视频，W识别出H.264编码视频内的NALU，所述识别 出编码视频的NALU包括参数集、补充增强信息单元SEIW及视频片。编码后的H. 264视频结 构W及加密的方法结构示意图见附图1，H.264视频传输序列的结构示意图见附图2。
[0024] -个SEI NAL单元包括一个或多个SEr消息。每个SEr消息由表示SEI载荷类型的 payloadType和表示SEI载荷大小的payloadSize变量组成。表示SEI载荷大小的 pay IoadSize W字节为单位，并且等于SEI载荷的字节数。设置SEI参数信息，包括 SEIpayloadType类型、设置用户自定义数据长度、填充UUicU定义用户自定义数据结构等。 SEI主要修改的内容见表1。
[0025] 表1. SEI配置用户自定义信息参数
[0027] 具体步骤如下：
[002引 1 ?设置沈I payloadType的类型
[0029]实现用户自定义数据在补充增强信息单元沈I中的插入，需要将payloadType的值 设置为