专利名称：用于实时视频监控的徽标防伪方法
技术领域：
本发明涉及视频信号处理，具体涉及一种用于证明实时视频的可靠性，实现实时视频防伪的方法以及采用这种方法的实时视频防伪装置。
背景技术：
随着视频监控的普及，如何验证实时视频信号的可靠性，对视频网络实施防伪，成为人们关注的一个问题。
在小区及一些重要场所的安防中，通常使用摄像头和电缆线构成视频监测网，针对于此，会有人在视频网络中通过线路切换等手段插入一段预先准备的视频信号来迷惑保安，利用时间差来从事一些非法活动，如何防止这种情况的发生，是人们需要解决的问题。
目前较为普遍采用的方法是检测视频信号中断和多个摄像头相互验证。但是视频信号中断的原因有多种，发现视频信号中断的一种原因并不能排除其他原因，视频信号恢复并验证以后也不能保证整个视频网络没有其他可接入点，从而导致在特定时间的伪造接入。多个摄像头相互验证方案，增加了设备和布线的成本，而且完全依赖于监控人员的注意力和警惕性，并且在对应多个摄像头的视频信号同时被伪造的情况下，人工的观察不会发现问题。
另一方面，在远程监控中，使用了多次模数、数模转换，使得视频信号中断这种异常现象成为经常可能发生的技术故障；部分远程监控场合还通过公共网络传输信号，更增加了通过伪造IP地址实施视频篡改、伪造的可能性。这些都进一步增加了视频信号传输中的风险。
为解决以上问题，目前在远程监控中会采用通过专有网络传输或对数字视频进行加密传输的方法。
通过专有网络传输的方案本质上就是小区网络的延伸，只是增加了更多的信号放大器、光端机、编码器、解码器等有源设备，不但增加了更多的可接入点，也增加了更多可导致视频信号中断的原因，并且，对于远程监控来说，这种方案会极大地增加运行成本。
对数字视频进行加密传输的方案，可以保证视频信号在数字化以后到解码成模拟视频信号之间的传输过程中不被伪造。然而，在数模复合系统中，由于数字信号只在传输过程中分段存在，不能自始至终贯通两头，因而它的作用是有限的；只有采用纯数字系统，才能真正发挥作用，而纯数字系统的代价高昂。不但如此，在纯数字系统中，被加密传输的视频信号，从摄像头加密到视频终端解密之间的信号不再能像通常的视频信号那样被压缩、解压等处理，从而无法为适应网络环境而自我调整，因而对网络的带宽、可靠性等的要求比较高。
水印技术是近年来人们研究的重点，它通过对视频信号进行不可见的整体处理，在视频信号或其图像中嵌入一定的信息，嵌入的信息成为视频信号或其图像的一部分，即使经过解密、再加密、压缩、数模变换或改变文件格式等操作过程，也能继续存在。在播放端，需要对该视频信号或图像进行检测，对内嵌的水印进行读取比较，以验证视频信号的来历和可靠性，并可以在发生篡改以后通过检测发现篡改。然而，人们在开发数字水印技术时，都着眼于对整幅图像的处理，以及图像重放时水印的不可见性，这造成了三方面的问题，一是由于需要对各帧图像作全面处理，使得水印添加和检测时的工作量极大，必须采用昂贵的专用装置进行，每个接收端都要配备专用芯片或检测装置，造成硬件成本的增加；同时，水印的不可见使得人们无法用直观判断，必须配置专用的检测装置进行检测；再者，水印的不可见性使得嵌入在正常视频信号中的水印信号的强度受到了限制，在需要经历多次编码、解码、压缩、解压等处理的复杂网络中，水印信号有可能丢失。
在中国发明专利申请一种用于压缩视频信号的徽标防伪方法中(专利申请号200410065245.9)，给出了一种视频信号的防伪方法，其基于对失真控制的原理，通过精确比较发送端和检测端同一徽标的失真度，判断视频信号是否被中途处理过。对于经历一次压缩、解压缩的数字视频传输系统，该方案能起到实时防伪的作用。但该方案用于实时防伪的局限性在于，对于失真难以精确控制的使用模拟信号传输或模数混合或需要经历多次模数、数模转换等的复杂的环境，该方案的防伪效果就无法保证了。
发明内容
本发明目的是提供一种处理工作量小，能广泛适应于模拟、数字或数模混合系统的，既能用肉眼粗略观察又能用设备仔细检测的实时视频防伪方法。它既可以在发生篡改以后通过检测发现篡改，又可以以明显的标志起到阻吓作用，而防止篡改的发生。
本发明的另一个目的是提供一种对采用上述方法进行防伪处理后的实时视频的检测方法。
本发明的另一个目的是提供一种利用上述方法进行视频防伪的装置。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是一种用于实时视频监控的徽标防伪方法，提供一密钥，根据所述密钥和时间信号，选择预设图像库中的一个图像作为防伪徽标；将所述防伪徽标根据时间信号，动态叠加到原始视频信号中；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
上述技术方案中，可以在叠加之前，将所述防伪徽标的亮度、大小、角度、颜色诸要素之一或者其中若干要素的组合根据所述密钥进行调整。
所述防伪徽标根据时间信号动态叠加到原始视频信号中时，其叠加的位置根据与密钥和时间相关的信息确定。
所述防伪徽标中各点的颜色值根据密钥与时间相关的信息确定。
上述技术方案中通过叠加动态变化的徽标图案实现了视频信号的防伪处理；所述预设图像库中存放有可供选择的很多个特征各异、形状不同的预设徽标图像，例如，可以是标示使用者的徽标图像、卡通图案、汉字等，其边缘复杂，设定背景透明，前景的颜色在各个像素点上的分布，由一定的规则动态生成，该规则可以是一个由坐标、时间和密钥作为自变量的函数，时间和密钥还将决定徽标的大小、角度以及其在视频图像中的位置。在将徽标叠加于视频信号时，可以将徽标叠加于视频信号的所有分量上，也可以只叠加于单个分量上；可以叠加于帧上，也可以叠加于场上；可以始终存在，也可以看似没有规律地忽隐忽现，从而获得将被徽标遮盖的那部分图像部分复原的可能。
进一步的技术方案，设有至少两个叠加区域，所述防伪徽标随机地或者受控地出现于不同的叠加区域上。在同一时间可以有多个可能的色彩、大小、角度、叠加位置的组合，分别出现在图像的不同区域(比如可以分为中间主体区域(敏感区域)和边角不显眼的区域(不敏感区域))。从而可以由徽标叠加装置或观察者根据观察和防伪的需要来灵活选择使用。比如可以设置一个出现在敏感区域和不敏感区域的比率，从而在防伪效果与监视质量间取得平衡。
进一步的技术方案，在叠加徽标的同时，进行视频信号的中断检测，在视频信号发生中断后，停止叠加防伪徽标。
为实现本发明的另一个目的，采用的技术方案是，一种用于实时视频信号监控的防伪检测方法，提供一密钥，检测端与发送端之间进行时间同步，根据时间信号，选择预设图像库中的一个图像生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色诸要素之一或者其中若干要素的组合根据该密钥调整；在接收到的视频信号中，根据上述计算出的位置，提取与防伪徽标同样形状与大小的图像，对这两个图像进行匹配检测，根据匹配检测的程度，采用统计方法判断视频信号的真伪。
上述技术方案中，可以同时检测各个可能的叠加位置，在其中有一个位置实现匹配时，确认视频信号为真，作为采用统计方法判断视频信号真伪的依据。对于叠加防伪徽标时设定敏感区域和不敏感区域比率的，相应的检测统计时也设定在不同位置出现时的权重。
进一步的技术方案，考虑到视频传输过程中可能的延时与失真，在防伪检测装置初始化时，通过控制信号向徽标叠加装置发出一个请求测试信号同时检测接受到的视频信号；徽标叠加装置接收到请求测试信号后即在视频信号中叠加标准测试徽标，根据控制信号与检测到标准测试徽标所用的时间差，设定视频传输时延；进一步地据此设定徽标检测匹配的阈值。
为实现本发明的另一个目的，本发明提供了一种用于实时视频信号监控的防伪装置，包括视频信号输入口、视频信号输出口、断线断电旁路开关、A/D转换器、D/A转换器、视频帧存储器、预设徽标存储器和防伪徽标生成器，所述视频信号输入口经断线断电旁路开关连接至A/D转换器，A/D转换器和防伪徽标生成器的输出经视频帧存储器后连接至D/A转换器，D/A转换器的输出连接至视频信号输出口，断线断电旁路开关的旁路信号直接连通至视频信号输出口。
上述技术方案中的进一步具体结构为装置外部有一个视频信号输入口，一个视频信号输出口，一个电源口和一个电源开关，还可以有一个控制信号输入口，一个控制信号输出口。其内部结构，见图一。混合视频信号从视频信号输入口输入，断线断电旁路开关侦测输入信号的波动与供电情况，一旦发现断电或视频信号中断，即将输入信号直接旁路至视频信号输出口，否则让输入视频进入A/D转换器；A/D转换器将混合视频解码转换后存入视频帧存储器。防伪徽标生成器根据密钥和当前时间，从预设徽标存储器中选择一个图像并进行变化运算，生成防伪徽标，在时钟信号的控制下，写入帧存储器的特定位置。D/A转换器在时钟信号的控制下，将帧存储器中的视频帧转换编码为混合视频信号，通过视频信号输出口输出。如果有控制信号的话，控制信号接入控制信号输入口，并在控制信号输出口输出，初始同步信号检测器可以检测隐藏在控制信号中的一个初始同步信号，并据此控制防伪徽标生成器生成标准测试徽标；摄像头控制检测器检测控制信号，当摄像头被控制信号驱动进行旋转或放大、缩小时，可以根据设置，屏蔽防伪徽标的嵌入，以提供更完美的画质。
进一步的技术方案，所述防伪装置的电源与系统摄像头共用电源。
本发明是基于这样的理解而起作用的1.叠加于实时视频信号的防伪徽标是从很多特征各异的图像中看似随机地挑选出来的，并且同一个预设徽标图像的大小、角度、亮度、各点的颜色值又经过了变化。这样就产生了一个可能徽标的巨大的样本空间。
2.由于徽标的产生和叠加与时间相关，不同的时间有不同的徽标和不同的叠加位置，因而可见到的保持不变状态的徽标的有效时间非常短。
3.徽标不同点的颜色值的不同，构成了徽标最显著的特征，就像钥匙的锯齿一样，排列组合的众多可能性给检测的准确性带来了好处。
4.不知道密钥以及根据密钥和时间生成和叠加徽标的规律，现有技术无法实时地将该叠加上去的徽标从动态视频信号中分离出来，因而也就无法在伪造视频信号中实时地添加与真的防伪徽标一样的防伪徽标。丧失实时性，也就丧失了有效性。
5.由于防伪徽标随时可能出现在视频图像的任意位置，靠局部替换视频图像的方法，无法使伪造的局部在一段时间内不被发现。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点1.由于本发明在视频信号中实时地叠加了徽标信息，可以在视频监控网络被入侵，视频信号被替换、延时或局部修改后，通过检测得知，起到防伪作用；2.本发明叠加的是徽标信息，只占据整个画面的一小部分，不影响其它部分的显示质量，而且处理工作量小，不但可以用通用计算机中的程序实现，也可以采用廉价的专用装置完成；3.本发明的徽标信息是可见的，在接收(或播放)端，可以不用设备检测，而用肉眼直接观察识别；并且具有阻吓作用，可以防止一般的有意攻击。
4.本发明的徽标信息与时间相关，且有精细的结构，在有限时间内难以破解伪造。
5.本发明叠加的徽标信息，在实时视频传输的全过程始终存在，难以抹除，提供了空间上自始至终的防伪安全保证。并且对于存贮着的视频信号的防伪验证，也有一定的参考价值。
附图1为本发明实施例一采用的实现装置逻辑结构示意图。
附图2为本发明实施例二采用的实现装置逻辑结构示意图。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述实施例一一种用于实时视频信号监控的徽标防伪方法，提供一密钥，根据时间信号，选择预设图像库中的一个图像变化后生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色根据该密钥调整；将所述防伪徽标动态叠加到原始视频信号中，叠加的位置根据与时间相关的信息确定；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
本实施例的防伪检测方法为，提供一密钥，检测端与发送端之间进行时间同步，根据时间信号，选择预设图像库中的一个图像生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色根据该密钥调整；在接收到的视频信号中，根据上述计算出的位置，提取与防伪徽标同样形状与大小的图像，对这两个图像进行匹配检测，根据匹配检测的程度，采用统计方法判断视频信号的真伪。
参见附图1所示，实现本实施例的防伪装置，包括视频信号输入口、视频信号输出口、断线断电旁路开关、A/D转换器、D/A转换器、视频帧存储器、预设徽标存储器、防伪徽标生成器和时钟，所述视频信号输入口经断线断电旁路开关连接至A/D转换器，A/D转换器和防伪徽标生成器的输出经视频帧存储器后连接至D/A转换器，D/A转换器的输出连接至视频信号输出口，断线断电旁路开关的旁路信号直接连通至视频信号输出口。
混合视频信号从视频信号输入口输入，断线断电旁路开关侦测输入信号的波动与供电情况，一旦发现断电或视频信号中断，即将输入信号直接旁路至视频信号输出口，否则让输入视频进入A/D转换器；A/D转换器将混合视频解码转换后存入视频帧存储器。防伪徽标生成器根据密钥和当前时间，从预设徽标存储器中选择一个图像并进行变化运算，生成防伪徽标，在时钟信号的控制下，写入帧存储器的特定位置。D/A转换器在时钟信号的控制下，将帧存储器中的视频帧转换编码为混合视频信号，通过视频信号输出口输出。如果有控制信号的话，控制信号接入控制信号输入口，并在控制信号输出口输出，初始同步信号检测器可以检测隐藏在控制信号中的一个初始同步信号，并据此控制防伪徽标生成器生成标准测试徽标；摄像头控制检测器检测控制信号，当摄像头被控制信号驱动进行旋转或放大、缩小时，可以根据设置，屏蔽防伪徽标的嵌入，以提供更完美的画质。
实施例二一种用于实时视频信号监控的基于对时间信息摘要的徽标防伪方法，提供一密钥，对当前时间信息作摘要，根据摘要信息选择预设图像库中的一个图像作为防伪徽标；将所述防伪徽标动态叠加到原始视频信号中，叠加的位置根据摘要确定；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
本实施例的防伪检测方法为，提供一密钥，检测端与发送端之间进行时间同步，对同步时间信息作摘要，据此选择预设图像库中的一个图像作为防伪徽标；在接收到的视频信号中，根据时间与摘要确定的位置，提取与防伪徽标同样形状与大小的图像，对这两个图像进行匹配检测，根据匹配检测的程度，采用统计方法判断视频信号的真伪。
参见附图2所示，实现本实施例的防伪装置，包括视频信号输入口、视频信号输出口、断线断电旁路开关、视频徽标叠加器、数字签名生成器和时钟，所述视频信号输入口经断线断电旁路开关连接至视频徽标叠加器，数字签名生成器输入时钟信号，输出徽标选择信号和位置选择信号至视频徽标叠加器，视频徽标叠加器的输出连接至视频信号输出口，断线断电旁路开关的旁路信号直接连通至视频信号输出口。
混合视频信号从视频信号输入口输入，断线断电旁路开关侦测输入信号的波动与供电情况，一旦发现断电或视频信号中断，即将输入信号直接旁路至视频信号输出口，否则让输入视频进入视频徽标叠加器。数字签名生成器根据密钥对当前时间数字签名，将签名结果作为徽标选择信号和位置选择信号送至视频徽标叠加器，视频徽标叠加器根据徽标选择信号选择预存的徽标，根据位置选择信号确定徽标的叠加位置，在时钟信号的控制下，将徽标叠加到混合视频信号中，通过视频信号输出口输出。
实施例三一种用于一体化摄像头的徽标防伪方法，提供一组密钥，根据密钥选择参数选择一个密钥将当前时间信息、全球定位信息、摄像头序列号加密，根据加密结果选择预设图像库中的一个图像变化后生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色值根据该密钥调整；将所述防伪徽标动态叠加到原始视频信号中，叠加的位置根据与时间相关的信息确定；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
本实施例的徽标防伪方法，徽标叠加过程在一体化摄像头内部完成，在摄像头控制信号集中添加了徽标控制信号子集，可以被远程监控人员用来根据监控的需求控制徽标的叠加区域，并不定时而间隔地更新密钥选择参数和加密算法。
本实施例的防伪检测方法为，留存关于摄像头安装位置的全球定位信息和序列号，根据徽标控制信号，选择所用密钥，并通过徽标控制信号在检测端与发送端之间进行时间同步，然后对时间信息、全球定位信息、摄像头序列号加密，据此选择预设图像库中的一个图像变化后生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色值根据该加密结果调整，同时计算出徽标的叠加位置；在接收到的视频信号中，根据计算出的徽标叠加位置，提取与防伪徽标同样形状与大小的图像，对这两个图像进行匹配检测，根据匹配检测的程度，采用统计方法判断视频信号的真伪。
实施例四一种不需预先时间同步的带数字签名的用于视频监控的徽标防伪方法。提供一私有密钥，对当前时间信息作数字签名，根据数字签名选择预设图像库中的一个图像作为防伪徽标，所述防伪徽标中各点的颜色值根据当前时间调整；将识别标记、当前时间和所述防伪徽标一起动态叠加到原始视频信号中，叠加的位置根据该数字签名在若干个预定位置间选择确定；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
本实施例的防伪检测方法为，提供一公有密钥，在接收到的视频信号中，用模式识别的方法，从若干个预定位置中检测识别标记，并由此获得当前时间与防伪徽标的确切位置后，识别出当前时间和防伪徽标，并根据防伪徽标计算出签名值，然后利用公有密钥验证此签名。另一方面，根据识别出的当前时间，检测防伪徽标中各点的颜色值分布情况，判断是否与叠加上去的匹配。根据对一段时间内验证和匹配情况的统计，可以判断出视频信号的真伪。
权利要求
1.一种用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于提供一密钥，根据所述密钥和时间信号，选择预设图像库中的一个图像作为防伪徽标；将所述防伪徽标根据时间信号，动态叠加到原始视频信号中；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。
2.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于在叠加之前，将所述防伪徽标的亮度、大小、角度、颜色诸要素之一或者其中若干要素的组合根据所述密钥进行调整。
3.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于所述防伪徽标根据时间信号动态叠加到原始视频信号中时，其叠加的位置根据与密钥和时间相关的信息确定。
4.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于所述防伪徽标中各点的颜色值根据密钥与时间相关的信息确定。
5.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于设有至少两个叠加区域，所述防伪徽标随机地出现于不同的叠加区域内。
6.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于设有至少两个叠加区域，所述防伪徽标受控地出现于不同的叠加区域内。
7.根据权利要求1所述的用于实时视频监控的徽标防伪方法，其特征在于进行视频信号的中断检测，在视频信号发生中断后，停止叠加防伪徽标。
8.一种用于实时视频信号监控的防伪检测方法，其特征在于提供一密钥，检测端与发送端之间进行时间同步，根据时间信号，选择预设图像库中的一个图像生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色诸要素之一或者其中若干要素的组合根据该密钥调整，并计算该徽标的叠加位置；在接收到的视频信号中，根据上述计算出的位置，提取与防伪徽标同样形状与大小的图像，对这两个图像进行匹配检测，根据匹配检测的程度，采用统计方法判断视频信号的真伪。
9.根据权利要求8所述的用于实时视频监控的防伪检测方法，其特征在于同时检测各个可能的叠加位置，在其中有一个位置实现匹配时，记录此刻视频信号为真，作为采用统计方法判断视频信号真伪的依据。
10.根据权利要求8所述的用于实时视频监控的防伪检测方法，其特征在于在防伪检测装置初始化时，通过控制信号向徽标叠加装置发出一个请求测试信号同时检测接受到的视频信号；徽标叠加装置接收到请求测试信号后即在视频信号中叠加标准测试徽标，根据控制信号与检测到标准测试徽标所用的时间差，设定视频传输时延；进一步地据此设定徽标检测匹配的阈值。
全文摘要
本发明公开了一种用于实时视频信号监控的徽标防伪方法，其特征在于提供一密钥，根据时间信号，选择预设图像库中的一个图像变化后生成防伪徽标，所述防伪徽标的亮度、大小、角度以及其中各点的颜色根据该密钥调整；将所述防伪徽标动态叠加到原始视频信号中，叠加的位置根据与时间相关的信息确定；将叠加徽标后的视频信号传输给播放装置使用，以实现视频信号的防伪处理。本发明同时公开了对应的检测方法和实现徽标叠加的装置。本发明可以在视频监控网络被入侵，视频信号被替换、延时或局部修改后，通过检测得知，起到防伪作用；且处理工作量小，实现成本低。
文档编号H04N7/18GK1652604SQ20051003832
公开日2005年8月10日 申请日期2005年2月6日 优先权日2005年2月6日
发明者陆健 申请人:陆健