一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)以及制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)以及制作方法。本發(fā)明由一個以上的攝像頭、與攝像頭相應接口相連接視頻解碼器、與視頻解碼器相應接口相連接的處理器以及與處理器相應接口相連接的PC機組成，所述視頻解碼器的型號為TVP5158，所述處理器的型號為DM6437。本發(fā)明可以確定采集到的信息是否被修改、偽造或者特殊處理過，來保證信息的完整性；支持認證機制，即視頻采集設(shè)備在與網(wǎng)絡(luò)通信時相互認證對方的身份，以保證賦予正確的操作權(quán)利和數(shù)據(jù)的存取控制，也能防止網(wǎng)絡(luò)對未授權(quán)的設(shè)備的訪問。
【專利說明】一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)以及制作方法
[0001]

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0002]本發(fā)明涉及一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)以及制作方法。

【背景技術(shù)】
[0003]目前，視頻監(jiān)控設(shè)備在生產(chǎn)生活各個方面得到了非常廣泛的應用，涉及工業(yè)檢測、醫(yī)療設(shè)備、軍事、消費電子等諸多領(lǐng)域。隨著數(shù)字化和信息化的發(fā)展，它逐漸從模擬化邁向了數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化的行列，但是越來越快速的視頻傳播和視頻編輯軟件的普及使用，導致篡改視頻的方法也越來越容易和多樣，基于數(shù)字水印算法的防篡改采集系統(tǒng)已經(jīng)不足以保證視頻采集的所有權(quán)的證明問題，由此而產(chǎn)生了諸多問題，涉及到個人隱私、法律取證和社會穩(wěn)定等方面。因此視頻防篡改研究已經(jīng)成為一個非常重要的課題。視頻采集系統(tǒng)是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中最為重要的部分。防篡改的視頻采集系統(tǒng)原理是采用基于計算機的處理系統(tǒng)，目前已經(jīng)出現(xiàn)了很多數(shù)字水印的算法，但是攻擊者可以破壞掉視頻中的水印，或復制出一個理論上存在的“原始視頻”，這導致文件所有者不能令人信服地提供版權(quán)歸屬的有效證據(jù)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)以及制作方法。
[0005]本發(fā)明新型采用如下技術(shù)方案:
本發(fā)明由一個以上的攝像頭、與攝像頭相應接口相連接視頻解碼器、與視頻解碼器相應接口相連接的處理器以及與處理器相應接口相連接的PC機組成，所述視頻解碼器的型號為TVP5158，所述處理器的型號為DM6437，所述處理器上搭載一套視頻輸入/輸出接口及視頻處理子系統(tǒng)VPSS，所述DM6437的視頻處理子系統(tǒng)VPSS由提供數(shù)字視頻接口的視頻處理前端VPFE以及輸出數(shù)字或模擬視頻數(shù)據(jù)的處理后端VPBE。
[0006]本發(fā)明所述方法包括以下步驟:
Step-1:DM6437進行初始化；
DM6437進行初始化包括B1S，CSL和任務(wù)的初始化，以及cache，EDMA, VP 口、TVPS150PBS等片上外設(shè)的設(shè)置；
Step-2:DSP/B10S 任務(wù)調(diào)度
由DSP/B10S進行任務(wù)調(diào)度，程序主要分為三個任務(wù):輸入任務(wù)tsklnput，輸出任務(wù)tskOutput和處理任務(wù)tskProcess。其處理任務(wù)用于實現(xiàn)核心的水印算法；
Step-3-l:輸入任務(wù):
通過攝像頭采集宿主圖像處理任務(wù)；
Step-3-2-1:當沒有輸入任務(wù)時，返回St印-3-2-1步； Step-3-2-2:當有存在輸入任務(wù)的時，執(zhí)行St印-3-3步；
Step-3-3:執(zhí)行水印信息預處理模塊；
本步驟對數(shù)字形式的原始圖像在嵌入水印前先對其作低通濾波、對比度增強以及邊界處理，提高水印的嵌入強度以及不可感知性，為水印提取前的幾何校正提供方便；
Step-3-4:執(zhí)行SIFT變換模塊；
SIFT的全稱為Scale-1nvariant Features Transform,本步驟對圖像旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、平移、亮度變化具有不變性，提高對視角變化、仿射變換和噪聲的穩(wěn)定性；
Step-3-5:執(zhí)行局部特征區(qū)域分割模塊；
局部特征區(qū)域分割模塊用于穩(wěn)定性抵抗攻擊，使其分布均勻，抵抗剪切攻擊，提高魯棒性；
Step-3-6:執(zhí)行NSCT變換模塊；
所述NSCT變換模塊是一種多尺度、多方向且具有平移不變性的變換，而且所有子帶分解都和原圖像的大小相同，所述NSCT變換模塊算法采用藍色分量的NSCT-SVD域嵌入水印在面對圖像旋轉(zhuǎn)、縮放以及平移攻擊時具有更好的魯棒性；
Step-3-7:執(zhí)行奇偶量化嵌入模塊；
所述執(zhí)行奇偶量化嵌入模塊提高了制作水印的不可見性，能抵抗常規(guī)的圖像處理和噪聲攻擊，從而提高魯棒性；
Step-3-8:執(zhí)行水印嵌入模塊/執(zhí)行水印檢測模塊；
所述執(zhí)行水印嵌入模塊/執(zhí)行水印檢測模塊的算法從紅色分量的NSCT低頻系數(shù)中提取匹配的SIFT關(guān)鍵點本身就具有更好的抗噪聲、濾波以及壓縮的信號處理的能力，從而能獲得更準確的幾何校正參數(shù)；
Step-3-9:發(fā)送消息到輸出任務(wù)；
Step-4:輸出任務(wù)；
向PC機發(fā)送提取的水印信息。
[0007]本發(fā)明的積極效果如下:
本發(fā)明可以確定采集到的信息是否被修改、偽造或者特殊處理過，來保證信息的完整性；而且可以防止設(shè)備“抵賴”，所有攝像頭都不能否認或者抵賴曾經(jīng)采集到的視頻；可以控制對采集視頻內(nèi)容的傳播，對視頻實施安全監(jiān)控；支持認證機制，即視頻采集設(shè)備在與網(wǎng)絡(luò)通信時相互認證對方的身份，以保證賦予正確的操作權(quán)利和數(shù)據(jù)的存取控制，也能防止網(wǎng)絡(luò)對未授權(quán)的設(shè)備的訪問。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]附圖1為本發(fā)明硬件結(jié)構(gòu)示意圖。
[0009]附圖2為本發(fā)明軟件流程圖。
[0010]附圖3為本發(fā)明函數(shù)簡化后的軟件流程圖。

【具體實施方式】
[0011]如附圖1-3所示，本發(fā)明由一個以上的攝像頭1、與攝像頭I相應接口相連接視頻解碼器2、與視頻解碼器2相應接口相連接的處理器3以及與處理器3相應接口相連接的PC機4組成，所述視頻解碼器2的型號為TVP5158，所述處理器3的型號為DM6437，所述處理器3上搭載一套視頻輸入/輸出接口及視頻處理子系統(tǒng)VPSS，所述DM6437的視頻處理子系統(tǒng)VPSS由提供數(shù)字視頻接口的視頻處理前端VPFE以及輸出數(shù)字或模擬視頻數(shù)據(jù)的處理后端VPBE (以下視頻解碼器2簡稱為TVP5158，處理器3簡稱為DM6437)。
[0012]TVP5158是作為本系統(tǒng)的視頻采集前端，負責解碼由模擬攝像頭所采集的模擬視頻，轉(zhuǎn)換為標準的數(shù)字視頻信號，再輸送到DM6437的VPFE (視頻處理前端)的緩存中。如果是多通道視頻輸入，TVP5158可以使用行復用功能，將多路視頻復用為一路，封裝成“超級幀”的形式，通過并行總線輸出。
[0013]DM6437片上搭載一套視頻輸入/輸出接口及處理系統(tǒng)一 VPSS(視頻處理子系統(tǒng))。DM6437的視頻處理子系統(tǒng)由兩部分組成，一是VPFE (視頻處理前端)，提供多種標準數(shù)字視頻接口，接收原始數(shù)據(jù)及標準BT.656格式視頻等，并對輸入的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)作出一些預處理。二是VPBE (視頻處理后端)，用于輸出數(shù)字或模擬視頻數(shù)據(jù)，以及輸出OSD等視頻信息，驅(qū)動后端顯示器。
[0014]DM6437視頻處理子系統(tǒng)的VPFE不但為多種標準的數(shù)字視頻輸入提供最高達16位的無縫接口，而且為視頻數(shù)據(jù)提供預覽器、縮放器等預處理模塊。CCDC控制器是視頻輸入VPFE首先經(jīng)過的接口，它為輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流提供數(shù)據(jù)通路和產(chǎn)生相應的同步信號。CMOS攝像頭采集的復合視頻模擬信號通過CXDC控制器，其經(jīng)TVP5158視頻解碼器根據(jù)所設(shè)置的模式，進行單路輸出或多路復用輸出，轉(zhuǎn)換為8/10bit BT.656標準或8/16 bit嵌入同步的YCbCr 4:2:2數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流，即可通過CXDC儲存到內(nèi)存中，交由處理器進行處理。DM6437的VPFE還可以提供以下預處理模塊:
預覽器:將來自CCDC控制器或CMOS傳感器的原始數(shù)據(jù)圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為YCbCr 4:2:2圖像格式，YCbCr 4:2:2圖像格式主要用于視頻壓縮或送入視頻編碼器編碼。
[0015]縮放器:接收來自預覽器或DDR3內(nèi)存中的視頻數(shù)據(jù)，由硬件實現(xiàn)對圖像大小的縮放，支持縮放比例相互獨立的水平和垂直方向縮放，支持最高倍數(shù)達l/4x的降采樣及最高倍數(shù)達4x的增采樣，因此它對圖像的縮放范圍為l/4x?4x。
[0016]DM6437視頻處理后端VPBE負責實現(xiàn)視頻圖像的編碼與輸出顯示。VPBE由OSD與VENC兩個主要模塊組成。VPBE將顯示屏上來自不同的視頻輸出緩存，在輸出顯示之前，VPBE將來自不同視頻輸出緩存的視頻數(shù)據(jù)進行復合，組成一個完整的數(shù)字視頻流送去顯示；另外，碰到需要將某些特定圖形、字符等附加信息疊加到視頻圖像上一起輸出顯示的情況，比如在視頻監(jiān)控窗口中顯示當前日期、攝像頭編號等，在將視頻輸出顯示之前，需要將來自圖形、字符緩存的數(shù)據(jù)疊加進輸出視頻數(shù)據(jù)流中。最后，VENC將整個復合與OSD疊加后的數(shù)字視頻流進行編碼，為視頻流插入時序控制信號并進行輸出。
[0017]如圖2所示，本發(fā)明的視頻處理過程包括以下步驟:
Step-1:DM6437進行初始化；
DM6437進行初始化包括B1S，CSL和任務(wù)的初始化，以及cache，EDMA, VP 口、TVPS150PBS等片上外設(shè)的設(shè)置；
Step-2:DSP/B10S 任務(wù)調(diào)度
由DSP/B10S進行任務(wù)調(diào)度，程序主要分為三個任務(wù):輸入任務(wù)tsklnput，輸出任務(wù)tskOutput和處理任務(wù)tskProcess。其處理任務(wù)用于實現(xiàn)核心的水印算法； Step-3-1:輸入任務(wù):
通過攝像頭采集宿主圖像處理任務(wù)；
Step-3-2-1:當沒有輸入任務(wù)時，返回St印-3-2-1步；
Step-3-2-2:當有存在輸入任務(wù)的時，執(zhí)行St印-3-3步；
Step-3-3:執(zhí)行水印信息預處理模塊；
本步驟是對數(shù)字形式的原始圖像在嵌入水印前先對其作低通濾波、對比度增強以及邊界處理，提高水印的嵌入強度以及不可感知性，為水印提取前的幾何校正提供方便；Step-3-4:執(zhí)行SIFT變換模塊；
SIFT的全稱為Scale-1nvariant Features Transform,本步驟是對圖像旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、平移、亮度變化具有不變性，提高對視角變化、仿射變換和噪聲的穩(wěn)定性；
Step-3-5:執(zhí)行局部特征區(qū)域分割模塊；
局部特征區(qū)域分割模塊具有足夠的穩(wěn)定性抵抗各種攻擊，分布比較均勻，抵抗剪切攻擊，獲得較好的魯棒性；
Step-3-6:執(zhí)行NSCT變換模塊；
本步驟NSCT變換是一種多尺度，多方向且具有平移不變性的變換，而且所有子帶分解都和原圖像的大小相同。本設(shè)計算法改采用藍色分量的NSCT-SVD域嵌入水印在面對圖像旋轉(zhuǎn)、縮放以及平移攻擊時具有更好的魯棒性；
Step-3-7:執(zhí)行奇偶量化嵌入模塊；
本步驟所制作的水印具有良好的不可見性，能抵抗常規(guī)的圖像處理和噪聲攻擊，魯棒性較強；
Step-3-8:執(zhí)行水印嵌入模塊/執(zhí)行水印檢測模塊；
本步驟設(shè)計算法從紅色分量的NSCT低頻系數(shù)中提取匹配的SIFT關(guān)鍵點本身就具有更好的抗噪聲、濾波和壓縮等一般信號處理的能力，從而能獲得更準確的幾何校正參數(shù)；Step-3-9:發(fā)送消息到輸出任務(wù)；
Step-4:輸出任務(wù)；
提取水印信息。
[0018]本發(fā)明DSP程序設(shè)計主要實現(xiàn)宿主圖像和水印信息的下載、上傳以及核心的水印嵌入與檢測算法。DM6437作為水印嵌入模塊，負責核心算法的實現(xiàn)。
[0019]DSP/B10S是CCS提供的一個用戶可剪裁的實時操作系統(tǒng)，主要由多線程實時內(nèi)核、芯片支持庫(Chip Support Library, CSL)和實時分析工具這三部組成，內(nèi)核負責維護調(diào)度多線程的運行，只需將數(shù)字水印算法作為一個線程嵌入系統(tǒng)即可；CSL協(xié)助內(nèi)核管理外設(shè)資源，可以直接利用CCS提供的圖形配置工具對復雜的外設(shè)寄存器進行初始化配置；實時分析工具可以實時查看寄存器或者SDRAM上的變量值，實現(xiàn)對算法的實時運行情況在線分析。DSP/B10S 圖形配置界面包括 system、Instrumentat1n、Scheduling、Sychronizat1n和Input/Output五個部分。由DSP/B10S來完成系統(tǒng)資源管理、中斷處理、任務(wù)調(diào)度以及消息傳遞等功能，極大得簡化了系統(tǒng)軟件中控制部分的設(shè)計。
[0020]本發(fā)明基于TVP5158+DM6437硬件平臺的多路視頻采集系統(tǒng)方案。由多個模擬攝像頭將視頻采集后通過復合信號進入TVP5158，TVP5158對各通道的信號進行解碼與復用。TVP5158通過8-bit數(shù)據(jù)總線將復用的數(shù)字視頻發(fā)送到DM6437的VPFE(視頻處理前端)中。DM6437首先要對視頻進行解復用，將各通道數(shù)據(jù)分開，然后就可以對各通道數(shù)據(jù)分別進行處理與顯示。
[0021]本發(fā)明將水印算法所需的宿主圖像和待嵌入的水印信息需要通過上位機傳輸?shù)紻SP目標機上；為顯示和檢測水印算法的效果，將水印嵌入運得到的圖像和水印檢測算法提取出的水印圖像上傳到上位機。為此，釆用了 TI的RTDX (Real-Time Data Exchange)技術(shù)，來實現(xiàn)上位機PC與DSP目標機的雙向數(shù)據(jù)傳輸，
RTDX技術(shù)可以在不影響目標應用程序運行的情況下，實現(xiàn)主機和目標機之間實時的、雙向的數(shù)據(jù)傳輸。目標機向主機實時地發(fā)送DSP上各寄存器或內(nèi)存變量的值時,或者目標機接收來自主機傳送過來的值時,并不中斷目標機上的應用程序,這樣對目標應用程序的影響就很小；主機上的可視化應用程序通過嵌入COM的API函數(shù)獲得或者發(fā)送這些數(shù)據(jù)時對目標機的影響也是很小的。并且該技術(shù)不占用DSP的系統(tǒng)總線和串口等I/O資源，通過復用DM6437的仿真接口的方式來實現(xiàn)主機與目標機之間的數(shù)據(jù)交換。CCS提供了 RTDX插件和相應的程序接口 API。
[0022]本發(fā)明水印算法設(shè)計主要實現(xiàn)處理任務(wù)。當接收完來自上位機的數(shù)據(jù)后產(chǎn)生中斷通知DSP，DSP采用EDMA的方式將所需數(shù)據(jù)傳到內(nèi)部RAM中，為后面的圖像水印算法做準備。算法首先通過上位機傳來的控制信息embFlag確定接收到的命令來是執(zhí)行水印的嵌入還是水印的提取，然后進行相應的處理。若是水印嵌入，最后將嵌入水印的圖像數(shù)據(jù)imgEmb數(shù)組通過輸出任務(wù)上傳到上位機，若是水印提取，則將提取的水印信息wmExt和計算出的與原水印信息的相似系數(shù)上傳。
[0023]如圖3所示，采用模塊化的函數(shù)編寫簡化水印算法，其中水印預處理模塊由函數(shù)wmPrep (watermark, &newwm)實現(xiàn),watermark是輸入任務(wù)中傳來的數(shù)據(jù)，newwm數(shù)組用于保存經(jīng)過預處理的水印信息；SIFT變換模塊采用sifl_feature (img, &feat)實現(xiàn)宿主圖像img的關(guān)鍵特征的提取，feat結(jié)構(gòu)體用于保存提取到的關(guān)鍵特征點，通過函數(shù)match—feature (img, attacklmg, &matchs)實現(xiàn)宿主圖像與受到攻擊后的嵌入水印圖像進行匹配；getLFRs (feat, &LFRs)函數(shù)實現(xiàn)局部特征區(qū)域的提取，并將各個局部特征區(qū)域存儲在以LFRs為首地址的結(jié)單鏈表里；NSCT變換模塊包括NSCT變換函數(shù)nsct O和NSCT重構(gòu)nsctrec ()構(gòu)成；水印的奇偶量化嵌入模塊由函數(shù)odd_evenQuantizat1n()實現(xiàn)；水印的提取和檢測通過odd_evenCheck()實現(xiàn),并通過wmPrepInv O和NC O計算出提取水印與原水印信息的相似系數(shù)NC。
【權(quán)利要求】
1.一種具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)，其特征在于其由一個以上的攝像頭(I)、與攝像頭(I)相應接口相連接視頻解碼器(2)、與視頻解碼器(2)相應接口相連接的處理器(3)以及與處理器(3)相應接口相連接的PC機(4)組成，所述視頻解碼器(2)的型號為TVP5158，所述處理器(3)的型號為DM6437。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有防篡改功能的視頻采集系統(tǒng)所采用的視頻處理方法，其特征在于包括以下步驟: Step-1:DM6437進行初始化； DM6437進行初始化包括B1S，CSL和任務(wù)的初始化，以及cache，EDMA, VP 口、TVPS150PBS等片上外設(shè)的設(shè)置； Step-2:DSP/B10S 任務(wù)調(diào)度； 由DSP/B10S進行任務(wù)調(diào)度，程序主要分為三個任務(wù):輸入任務(wù)tsklnput，輸出任務(wù)tskOutput 和處理任務(wù) tskProcess, 其處理任務(wù)用于實現(xiàn)核心的水印算法； Step-3-l:輸入任務(wù): 通過攝像頭采集宿主圖像處理任務(wù)； Step-3-2-1:當沒有輸入任務(wù)時，返回St印-3-2-1步； Step-3-2-2:當有存在輸入任務(wù)的時，執(zhí)行St印-3-3步； Step-3-3:執(zhí)行水印信息預處理模塊； 本步驟對數(shù)字形式的原始圖像在嵌入水印前先對其作低通濾波、對比度增強以及邊界處理，提高水印的嵌入強度以及不可感知性，為水印提取前的幾何校正提供方便； Step-3-4:執(zhí)行SIFT變換模塊； SIFT的全稱為Scale-1nvariant Features Transform,本步驟對圖像旋轉(zhuǎn)、尺度縮放、平移、亮度變化具有不變性，提高對視角變化、仿射變換和噪聲的穩(wěn)定性； Step-3-5:執(zhí)行局部特征區(qū)域分割模塊； 局部特征區(qū)域分割模塊用于穩(wěn)定性抵抗攻擊，使其分布均勻，抵抗剪切攻擊，提高魯棒性； Step-3-6:執(zhí)行NSCT變換模塊； 所述NSCT變換模塊是一種多尺度、多方向且具有平移不變性的變換，而且所有子帶分解都和原圖像的大小相同，所述NSCT變換模塊算法采用藍色分量的NSCT-SVD域嵌入水印在面對圖像旋轉(zhuǎn)、縮放以及平移攻擊時具有更好的魯棒性； Step-3-7:執(zhí)行奇偶量化嵌入模塊； 所述執(zhí)行奇偶量化嵌入模塊提高了制作水印的不可見性，能抵抗常規(guī)的圖像處理和噪聲攻擊，從而提高魯棒性； Step-3-8:執(zhí)行水印嵌入模塊/執(zhí)行水印檢測模塊； 所述執(zhí)行水印嵌入模塊/執(zhí)行水印檢測模塊的算法從紅色分量的NSCT低頻系數(shù)中提取匹配的SIFT關(guān)鍵點本身就具有更好的抗噪聲、濾波以及壓縮的信號處理的能力，從而能獲得更準確的幾何校正參數(shù)； Step-3-9:發(fā)送消息到輸出任務(wù)； Step-4:輸出任務(wù)；
向PC機(4)發(fā)送提取的水印信息。
【文檔編號】H04N7/18GK104243930SQ201410506121
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月28日
【發(fā)明者】齊林, 王震洲, 蔣佳, 李亞靜 申請人:河北科技大學