一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统及其工作方法与流程

本发明公开了一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统及其工作方法，属于室内智能监控领域。

背景技术：

随着科学技术的发展，人们生活水平的提高，对于便捷舒适生活方式的需求与日俱增。人们希望通过更加安全、舒适、高效的智能化方式管理家中设备，因而就产生了对智能家居的需求。

室内物联网系统是物联网技术应用的一部分,近些年得到了快速的发展,使人们的生产、生活越来越智能,越来越便利；室内物联网监控系统是多种技术的综合研究与应用,包括传感器技术、计算机网络技术、数据存储技术以及多种软件应用技术。

室内监控注意时为了用户可以利用手机进行远程了解住户室内情况，从而保护室内安全，以及对于一些家庭有孩子的家庭，可以保证孩子的安全；但现有技术中的室内智能监控无法保证用户住户的隐私性，在视频进行传输时，不进行视频加密，从而导致不法分子窃取用户信息，从而导致用户安全降低；且在进行接收信号与发送信号时，由于传输距离长和编码加密工作，导致信号不稳定，从而导致视频存在模糊；且视频数据在进行编码传输时，需要进行每个编码子块的编码，从而导致用户接收信息速率慢，从而导致接收视频与采集视频有较大的时间差。

技术实现要素：

发明目的：提供一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统及其工作方法，以解决上述问题。

技术方案：一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统包括：视频编码单元，将采集的视频数据信号通过编码模块进行压缩转换的方式转化为用于物联网无线传输的数据方式；

视频加密单元，将编码完成的视频数据通过加密运算方式进行加密，同时在通过解码方式进行输出加密视频数据信号；

无线收发单元，进行接收用户手机发出的查看指令和进行发送加密视频数据信号；

主控系统单元，进行视频数据信号的存储，和进行各个单元之间的控制以及对输入输出的数据信息进行运算、处理、判断；

数据处理单元，进行输出视频数据信号的光电隔离，从而可以有效提升视频信号的抗干扰性。

优选的，数据处理单元包括：光电隔离模块和滤波放大模块；

其中，所述光电隔离模块，包括：二极管d1、二极管d2、电阻r6、电阻r5、电阻r7、电容c7、电容c8、光电耦合器u3、光电耦合器u4、光电耦合器u5、光电耦合器u6、电容c10、电容c9、电阻r9、电阻r8、电阻r10、电容c9、二极管d3、二极管d4；

所述光电耦合器u3的4号引脚同时与所述电容c7的一端和所述电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极输入接收信号，所述光电耦合器u3的3号引脚与所述光电耦合器u4的4号引脚连接，所述光电耦合器u5的2号引脚同时与所述光电耦合器u6的1号引脚和所述电容c7的另一端连接且接地，所述光电耦合器u3的1号引脚同时与所述光电耦合器u4的2号引脚和所述电阻r10的一端连接，所述光电耦合器u3的2号引脚同时与所述光电耦合器u4的1号引脚和所述电容c9的一端连接且接地，所述光电耦合器u4的3号引脚同时与所述电容c8的一端和所述电阻r5的一端连接，所述电容c8的另一端接地，所述电阻r5的另一端与所述二极管d2的正极连接，所述二极管d2的负极与所述电阻r7的一端连接且输入发送信号，所述光电耦合器u5的1号引脚同时与所述电阻r7的另一端和所述光电耦合器u6的2号引脚连接，所述光电耦合器u5的4号引脚同时与所述电容c10的一端和所述电阻r9的一端连接，所述光电耦合器u5的3号引脚与所述光电耦合器u6的4号引脚连接，所述电容c10的另一端接地，所述电阻r9的另一端与所述二极管d3的正极连接，所述二极管d3的负极输出接收信号，所述光电耦合器u6的3号引脚同时与所述电容c9的另一端和所述电阻r8的一端连接，所述电阻r8的另一端和所述二极管d4的正极连接，所述二极管d4的负极与所述电阻r10的另一端连接且输出发送信号。

优选的，滤波放大模块包括：二极管d5、电阻r11、电容c19、电阻r12、电阻r13、电容c20、放大器u2a、电阻r14、电阻r15、电容c21、电容c24、放大器u7a、二极管d8、放大器u10a、电阻r20、二极管d7、放大器u9a、电阻r19、电阻r18、电容c22、电容c23、放大器u8a、电容c18、电阻r16、电容c17、电容c16、电阻r17、二极管d6；

所述二极管d5的正极与所述二极管d6的正极连接且输入信号，所述二极管d5的负极与所述电阻r11的一端连接，所述电阻r11的另一端同时与所述电容c19的一端和所述电阻r12的一端连接，所述电容c19的另一端接地，所述电阻r12的另一端同时与所述电阻r13的一端和所述电容c20的一端连接，所述放大器u2a的3号引脚与所述电阻r13的另一端连接，所述放大器u2a的2号引脚、1号引脚同时与所述电容c20的另一端和所述电阻r14的一端连接，所述电阻r14的另一端同时与所述电阻r15的一端和所述电容c21的一端连接，所述放大器u7a的3号引脚同时与所述电容c24的一端和所述电阻r15的另一端连接，所述电容c24的另一端接地，所述放大器u7a的2号引脚、1号引脚同时与所述电容c21的另一端和所述二极管d8的正极连接，所述二极管d6的负极与所述电容c16的一端连接，所述电容c16的另一端同时与所述电阻r17的一端和所述电容c17的一端连接，所述电阻r17的另一端接地，所述电容c17的另一端同时与所述电阻r16的一端和所述电容c18的一端连接，所述放大器u8a的3号引脚与所述电容c18的另一端连接，所述放大器u8a的2号引脚、1号引脚同时与所述电阻r16的另一端和所述电容c22的一端连接，所述电容c22的另一端同时与所述电容c23的一端和所述电阻r18的一端连接，所述放大器u9a的3号引脚同时与所述电容c23的另一端和所述电阻r19的一端连接，所述电阻r19的另一端接地，所述放大器u9a的2号引脚、1号引脚同时与所述电阻r18的另一端和所述二极管d7的正极连接，所述放大器u10a的2号引脚同时与所述二极管d7的负极和所述二极管d8的负极、所述电阻r20的一端连接，所述放大器u10a的3号引脚接地，所述放大器u10a的1号引脚与所述电阻r20的另一端连接且输出。

优选的，无线收发单元包括：电容c6、电容c5、电阻r2、电容c4、电容c3、电感l1、电容c11、电容c1、晶振管x1、电阻r1、电容c2、电阻r3、电容c12、电容c13、电容c14、电容15、电阻r4、收发器u1；

所述收发器u1的1号引脚同时与所述电容c1的一端、所述晶振管x1的1号引脚和所述电阻r1的一端连接，所述电容c1的另一端接地，所述收发器u1的20号引脚同时与所述电容c2的一端、所述电阻r1的另一端和所述晶振管x1的2号引脚连接，所述电容c2的另一端接地，所述收发器u1的3号引脚同时与所述电容c5的一端和所述电容c6的一端连接且接地，所述收发器u1的4号引脚同时与所述电阻r2的一端和所述电容c6的另一端连接，所述电容c5的另一端和所述电阻r2的另一端连接，所述收发器u1的5号引脚与所述电感l1的一端连接，所述收发器u1的6号引脚与所述电感l1的另一端连接，所述收发器u1的7号引脚同时与所述电容c3的一端和所述电容c4的一端连接且接地，所述收发器u1的2号引脚同时与所电容c4的另一端和所述电容c11的一端连接，所述收发器u1的8号引脚同时与所述电容c3的另一端和所述电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端接地，所述收发器u1的9号引脚输入信号，所述收发器u1的10号引脚输出信号，所述收发器u1的19号引脚输入信号，所述收发器u1的18号引脚同时与所述电阻r3的一端和所述电容c11的一端连接，所述收发器u1的17号引脚、14号引脚、12号引脚连接且接地，所述收发器u1的16号引脚同时与所述电容c13的一端、所述电容c14的一端和所述电阻r4的一端连接，所述收发器u1的15号引脚、11号引脚、13号引脚同时与所述电阻r3的一端、所述电容c13的一端、所述电容c15的一端和所述电阻r4的一端连接，所述电阻r3的另一端同时与所述收发器u1的18号引脚、所述电容c12的一端和所述电容c13的一端连接，所述电容c12的另一端接地，所述电容c13的另一端接地，所述电容c14的另一端和所述电容c15的另一端连接。

优选的，光电隔离模块中接收信号输出和发送信号输出都需要经过滤波放大模块进行调节输出。

优选的，收发器u1的型号为nrf0433。

一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统的工作方法，是用户通过手机与房屋内部建立网络连接，同时用户通过选择需要查看的房间监控画面，且无线收发单元接收到指令，从而进行视频信号加密传输；具体步骤如下：

步骤1、通过编码模块进行对传输视频数据的预测、变换量化、编码以及传输；

步骤2、将视频数据压缩成码流；

步骤3、利用运动估计及补偿及技术进行选择视频编码的最优模式；

步骤4、对视频数据进行数据预测，同时将预测值与实际值产生的差值进行变换量化；

步骤5、对经过变换量化后的残差信息的差值进行编码。

优选的，在进行视频编码的过程中，由于需要进行视频信号的安全保护，所以在进行差值加密时，不仅仅需要进行视频数据的直流加密，更需要进行交流加密；具体步骤如下：

步骤6、在进行编码过程中，首先将视频图像的每个基本编码单元对应一个编码子块；

步骤61、每个编码子块分为亮度块和色度块；且在未进行编码工作时，每个编码子块分别有4个8*8的亮度块和2个8*8的色度块；

步骤62、当根据步骤4进行将预测值与实际值产生的差值进行变换量化，编码子块变换为16个8*8的亮度块和8个8*8的色度块；

根据步骤62进行建立加密分层模型；可以得到：

步骤63、每一个编码子块中的每个亮度块中包含的2维系数矩阵按照锯齿形线条排序方法映射成1维系数矩阵；

步骤64、根据步骤63和步骤62；从而将16个8*8的亮度块转换为16个1维系数矩阵；

步骤65、将步骤64中的16个1维系数矩阵合并为一个差值系数层；

步骤66、进行差值系数层的加密；

步骤7、利用a、b、c、d进行分别表示差值系数层的编码方式、混沌序列的编码方式、编码加密运算方式和解码方式

步骤7、通过混沌序列进行产生加密密匙；

步骤71、利用主控系统进行控制加密方式；从而可以得出：

式中，x2表示差值系数层经过a编码方式后产生的矩阵；

x3表示加密密匙序列；

x1表示加密后得到矩阵；

步骤72、根据c1的取值可以得出三种编码加密运算方式：

当c1为0时，得出加法编码加密运算方式；

当c1为1时，得出减法编码加密运算方式；

当c1为2时，得出异或编码加密运算方式；

步骤8、利用d解码方式进行a编码方式得到的加密矩阵x1进行解码，从而得出加密视频数据信号；

步骤9、将家吗视频数据信号发送至无线收发单元进行通过物联网传输至用于手机。

优选的，在编码过程中，每一个编码子块都包含一个运动矢量，在每次完成一个编码子块编码时，相邻的编码子块会进行已编码子块的运动信息预测，然后进行预测编码，从而可以大大减少编码时间。

优选的，当用户通过手机进行接收到码流数据时，经过网路缓冲，从而手机进行视频数据解析，然后进行数据解码，从而在显示屏上进行播放视频。

有益效果：本发明通过当用户发出查看视频指令时，用户住户内的智能监控系统接收指令，且进行将发送的监控视频进行加密传输，同时对接收的信号和发送的信号进行光电隔离和滤波放大，从而有效的去除杂波和信号放大，从而可以进行稳定传输；通过编码模块进行对传输视频数据的预测、变换量化、编码以及传输；将视频数据压缩成码流；利用运动估计及补偿及技术进行选择视频编码的最优模式；对视频数据进行数据预测，同时将预测值与实际值产生的差值进行变换量化；对经过变换量化后的残差信息的差值进行编码，从而进行加密传输；同时每一个编码子块会进行行动预测，从而大大减少了编码的时间，从而提高工作效率。

附图说明

图1是本发明的工作流程图。

图2是本发明的无线收发单元电路图。

图3是本发明的光电隔离模块电路图。

图4是本发明的滤波放大模块电路图。

具体实施方式

如图1所示，在该实施例中，一种基于物联网通信的室内智能监控加密系统及其工作方法，包括：视频编码单元、视频加密单元、无线收发单元、主控系统单元、以及数据处理单元；数据处理单元包括：光电隔离模块和滤波放大模块。

在进一步的实施例中，光电隔离模块，包括：二极管d1、二极管d2、电阻r6、电阻r5、电阻r7、电容c7、电容c8、光电耦合器u3、光电耦合器u4、光电耦合器u5、光电耦合器u6、电容c10、电容c9、电阻r9、电阻r8、电阻r10、电容c9、二极管d3、二极管d4。

在更进一步的实施例中，所述光电耦合器u3的4号引脚同时与所述电容c7的一端和所述电阻r6的一端连接，所述电阻r6的另一端与所述二极管d1的正极连接，所述二极管d1的负极输入接收信号，所述光电耦合器u3的3号引脚与所述光电耦合器u4的4号引脚连接，所述光电耦合器u5的2号引脚同时与所述光电耦合器u6的1号引脚和所述电容c7的另一端连接且接地，所述光电耦合器u3的1号引脚同时与所述光电耦合器u4的2号引脚和所述电阻r10的一端连接，所述光电耦合器u3的2号引脚同时与所述光电耦合器u4的1号引脚和所述电容c9的一端连接且接地，所述光电耦合器u4的3号引脚同时与所述电容c8的一端和所述电阻r5的一端连接，所述电容c8的另一端接地，所述电阻r5的另一端与所述二极管d2的正极连接，所述二极管d2的负极与所述电阻r7的一端连接且输入发送信号，所述光电耦合器u5的1号引脚同时与所述电阻r7的另一端和所述光电耦合器u6的2号引脚连接，所述光电耦合器u5的4号引脚同时与所述电容c10的一端和所述电阻r9的一端连接，所述光电耦合器u5的3号引脚与所述光电耦合器u6的4号引脚连接，所述电容c10的另一端接地，所述电阻r9的另一端与所述二极管d3的正极连接，所述二极管d3的负极输出接收信号，所述光电耦合器u6的3号引脚同时与所述电容c9的另一端和所述电阻r8的一端连接，所述电阻r8的另一端和所述二极管d4的正极连接，所述二极管d4的负极与所述电阻r10的另一端连接且输出发送信号。

在进一步的实施例中，滤波放大模块包括：二极管d5、电阻r11、电容c19、电阻r12、电阻r13、电容c20、放大器u2a、电阻r14、电阻r15、电容c21、电容c24、放大器u7a、二极管d8、放大器u10a、电阻r20、二极管d7、放大器u9a、电阻r19、电阻r18、电容c22、电容c23、放大器u8a、电容c18、电阻r16、电容c17、电容c16、电阻r17、二极管d6。

在更进一步的实施例中，所述二极管d5的正极与所述二极管d6的正极连接且输入信号，所述二极管d5的负极与所述电阻r11的一端连接，所述电阻r11的另一端同时与所述电容c19的一端和所述电阻r12的一端连接，所述电容c19的另一端接地，所述电阻r12的另一端同时与所述电阻r13的一端和所述电容c20的一端连接，所述放大器u2a的3号引脚与所述电阻r13的另一端连接，所述放大器u2a的2号引脚、1号引脚同时与所述电容c20的另一端和所述电阻r14的一端连接，所述电阻r14的另一端同时与所述电阻r15的一端和所述电容c21的一端连接，所述放大器u7a的3号引脚同时与所述电容c24的一端和所述电阻r15的另一端连接，所述电容c24的另一端接地，所述放大器u7a的2号引脚、1号引脚同时与所述电容c21的另一端和所述二极管d8的正极连接，所述二极管d6的负极与所述电容c16的一端连接，所述电容c16的另一端同时与所述电阻r17的一端和所述电容c17的一端连接，所述电阻r17的另一端接地，所述电容c17的另一端同时与所述电阻r16的一端和所述电容c18的一端连接，所述放大器u8a的3号引脚与所述电容c18的另一端连接，所述放大器u8a的2号引脚、1号引脚同时与所述电阻r16的另一端和所述电容c22的一端连接，所述电容c22的另一端同时与所述电容c23的一端和所述电阻r18的一端连接，所述放大器u9a的3号引脚同时与所述电容c23的另一端和所述电阻r19的一端连接，所述电阻r19的另一端接地，所述放大器u9a的2号引脚、1号引脚同时与所述电阻r18的另一端和所述二极管d7的正极连接，所述放大器u10a的2号引脚同时与所述二极管d7的负极和所述二极管d8的负极、所述电阻r20的一端连接，所述放大器u10a的3号引脚接地，所述放大器u10a的1号引脚与所述电阻r20的另一端连接且输出。

在进一步的实施例中，无线收发单元包括：电容c6、电容c5、电阻r2、电容c4、电容c3、电感l1、电容c11、电容c1、晶振管x1、电阻r1、电容c2、电阻r3、电容c12、电容c13、电容c14、电容15、电阻r4、收发器u1。

在更进一步的实施例中，所述收发器u1的1号引脚同时与所述电容c1的一端、所述晶振管x1的1号引脚和所述电阻r1的一端连接，所述电容c1的另一端接地，所述收发器u1的20号引脚同时与所述电容c2的一端、所述电阻r1的另一端和所述晶振管x1的2号引脚连接，所述电容c2的另一端接地，所述收发器u1的3号引脚同时与所述电容c5的一端和所述电容c6的一端连接且接地，所述收发器u1的4号引脚同时与所述电阻r2的一端和所述电容c6的另一端连接，所述电容c5的另一端和所述电阻r2的另一端连接，所述收发器u1的5号引脚与所述电感l1的一端连接，所述收发器u1的6号引脚与所述电感l1的另一端连接，所述收发器u1的7号引脚同时与所述电容c3的一端和所述电容c4的一端连接且接地，所述收发器u1的2号引脚同时与所电容c4的另一端和所述电容c11的一端连接，所述收发器u1的8号引脚同时与所述电容c3的另一端和所述电容c11的一端连接，所述电容c11的另一端接地，所述收发器u1的9号引脚输入信号，所述收发器u1的10号引脚输出信号，所述收发器u1的19号引脚输入信号，所述收发器u1的18号引脚同时与所述电阻r3的一端和所述电容c11的一端连接，所述收发器u1的17号引脚、14号引脚、12号引脚连接且接地，所述收发器u1的16号引脚同时与所述电容c13的一端、所述电容c14的一端和所述电阻r4的一端连接，所述收发器u1的15号引脚、11号引脚、13号引脚同时与所述电阻r3的一端、所述电容c13的一端、所述电容c15的一端和所述电阻r4的一端连接，所述电阻r3的另一端同时与所述收发器u1的18号引脚、所述电容c12的一端和所述电容c13的一端连接，所述电容c12的另一端接地，所述电容c13的另一端接地，所述电容c14的另一端和所述电容c15的另一端连接。

在进一步的实施例中，在光电隔离模块中，接收信号通过二极管d1、电阻r6、电容c7为光电耦合器u3提供正电平，电容c7为储能作用，发送信号通过二极管d2、电阻r5、电容c8为光电耦合器u4提供负电压，电容c8为储能作用，且接收信号与发送信号通过光电耦合器u5和光电耦合器u6进行光电隔离，从而通过二极管d3和二极管d4进行输出，反之一样。

在进一步的实施例中，在滤波放大模块中，接收信号和发送信号通过是二极管d5、与二极管d6进行输入电路，通过放大器u2a、放大器u7a、放大器u8a、放大器u9a进行分别滤波，且通过放大器u10a进行放大输出。

工作原理：用户通过手机与房屋内部建立网络连接，同时用户通过选择需要查看的房间监控画面，且无线收发单元接收到指令，从而进行视频信号加密传输；首先通过编码模块进行对传输视频数据的预测、变换量化、编码以及传输；将视频数据压缩成码流利用运动估计及补偿及技术进行选择视频编码的最优模式；对视频数据进行数据预测，同时将预测值与实际值产生的差值进行变换量化；对经过变换量化后的残差信息的差值进行编码。

其次在进行视频编码的过程中，由于需要进行视频信号的安全保护，所以在进行差值加密时，不仅仅需要进行视频数据的直流加密，更需要进行交流加密；在进行编码过程中，首先将视频图像的每个基本编码单元对应一个编码子块；每个编码子块分为亮度块和色度块；且在未进行编码工作时，每个编码子块分别有4个8*8的亮度块和2个8*8的色度块；当根据步骤4进行将预测值与实际值产生的差值进行变换量化，编码子块变换为16个8*8的亮度块和8个8*8的色度块；每一个编码子块中的每个亮度块中包含的2维系数矩阵按照锯齿形线条排序方法映射成1维系数矩阵；根据步骤63和步骤62；从而将16个8*8的亮度块转换为16个1维系数矩阵；将步骤64中的16个1维系数矩阵合并为一个差值系数层；进行差值系数层的加密；利用a、b、c、d进行分别表示差值系数层的编码方式、混沌序列的编码方式、编码加密运算方式和解码方式；通过混沌序列进行产生加密密匙；利用主控系统进行控制加密方式；从而可以得出编码方式后产生的矩阵；当编码加密运算方式为1时，得出减法编码加密运算方式；当编码加密运算方式为编码加密运算方式时，得出异或编码加密运算方式；利用d解码方式进行a编码方式得到的加密矩阵x1进行解码，从而得出加密视频数据信号；将家吗视频数据信号发送至无线收发单元进行通过物联网传输至用于手机；

在编码过程中，每一个编码子块都包含一个运动矢量，在每次完成一个编码子块编码时，相邻的编码子块会进行已编码子块的运动信息预测，然后进行预测编码，从而可以大大减少编码时间；

当用户通过手机进行接收到码流数据时，经过网路缓冲，从而手机进行视频数据解析，然后进行数据解码，从而在显示屏上进行播放视频。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。