隨著數(shù)字中國(guó)的建設(shè),，特別是視頻監(jiān)控設(shè)備的國(guó)產(chǎn)化和設(shè)備研發(fā)制造成本快速下降，視頻監(jiān)控設(shè)備快速普及,，并被廣泛應(yīng)用于各類園區(qū),，如景區(qū)、產(chǎn)業(yè)園區(qū),、社區(qū)等,。出于安全和成本等原因，這些監(jiān)控設(shè)備分布在各自獨(dú)立的智能化專網(wǎng),，處于封閉運(yùn)行的狀態(tài),。調(diào)閱實(shí)時(shí)監(jiān)控的方式主要在監(jiān)控指揮中心，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)視頻監(jiān)控平臺(tái)及大屏完成,。近年手機(jī)移動(dòng)應(yīng)用快速普及,，催生了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看視頻監(jiān)控的需求，比如景區(qū)大門口實(shí)時(shí)人員狀態(tài),、應(yīng)急處突管理的現(xiàn)場(chǎng)視頻,、產(chǎn)線生產(chǎn)的實(shí)時(shí)狀態(tài)、重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的運(yùn)行情況等多種多樣的需求,。目前已經(jīng)有很多家庭用級(jí)別的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像設(shè)備及系統(tǒng),，可以滿足簡(jiǎn)單場(chǎng)景下遠(yuǎn)程監(jiān)控的基礎(chǔ)需求。但是,，受限于成本及攝像機(jī)的性能,，無(wú)法在園區(qū)內(nèi)大量普及。

本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/202302/443512.htm

在園區(qū)部署視頻監(jiān)控設(shè)備上云的系統(tǒng),，即可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的需求,，通過(guò)園區(qū)本地部署的NVR 設(shè)備獲取前端的實(shí)時(shí)碼流，經(jīng)轉(zhuǎn)碼,、加密,、上云發(fā)布等流程，完成視頻流上云的過(guò)程,，在經(jīng)過(guò)應(yīng)用端的下載,、解碼、播放等,，完成園區(qū)視頻監(jiān)控的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)查看,。

1   視頻監(jiān)控上云技術(shù)

視頻監(jiān)控上云，如要確保視頻內(nèi)容安全，需要本地視頻流經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)碼,，然后通過(guò)加密算法對(duì)視頻內(nèi)容進(jìn)行加密,，然后再上云傳輸，前端應(yīng)用下載解密后,，即可進(jìn)行播放,，完成遠(yuǎn)程監(jiān)控的目的。

1.1 視頻轉(zhuǎn)碼技術(shù)

FF MPEG是個(gè)開(kāi)源跨平臺(tái)多媒體數(shù)據(jù)解決方案[1-2],，具備強(qiáng)大的編碼,、解碼、轉(zhuǎn)碼能力,， 支持HTTP,、RTSP、RTMP 等多種協(xié)議,，并且支持不同協(xié)議視頻格式的轉(zhuǎn)碼,，比如RTSP 轉(zhuǎn)成RTMP 或HLS 等格式。

開(kāi)源RTMP 架構(gòu)SRS 結(jié)合開(kāi)源編解碼庫(kù)FF MPEG可以實(shí)現(xiàn)視頻直播播放[3],，本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控功能類似直播平臺(tái),，可以實(shí)現(xiàn)一次轉(zhuǎn)碼分發(fā)，多終端同時(shí)觀看的效果,。

1.2 視頻加解密算法

本系統(tǒng)為了確保視頻監(jiān)控的安全,，在編解碼節(jié)點(diǎn)增加了加解密算法。算法在數(shù)據(jù)塊的第28~40 字節(jié)增加干擾數(shù)據(jù)串,，其余數(shù)據(jù)通過(guò)簡(jiǎn)單4 個(gè)字節(jié)1 組,，同一4 個(gè)字節(jié)的密鑰進(jìn)行異或操作，實(shí)現(xiàn)視頻數(shù)據(jù)的加解密,。下面就分別就加解密算法進(jìn)行描述,。

1）加密算法

public byte[] ByteEncrypt(byte[] videoBytes)

{

byte[ ] encryptedVideoBytes = new byte[(videoBytes.Length)];

b y t e [ ] _ e n c r y p t e d Vi d e o B y t e s = newbyte[(videoBytes.Length) + 13];// 預(yù)留12 個(gè)字節(jié)

// 增加的干擾數(shù)據(jù)，示例

byte[] DisValue =new byte[12] { 0x12, 0x34, 0x56, 0x78, 0x9a, 0xbc,0xde, 0xff, 0xaa,0xce, 0xbb, 0xdd };

// 初始化標(biāo)兵指向數(shù)據(jù)第一個(gè)元素

int i = 0;

//加密流程

while (i + 4 < videoBytes.Length)

{

// 加密密鑰設(shè)定為 0X4E 0X42 0X49 0X4C（示例）,，原始數(shù)據(jù)同密鑰進(jìn)行異或操作

encryptedVideoBytes[i + 1] = (byte)(videoBytes[i + 2] ^ 0x4E);

encryptedVideoBytes[i + 2] = (byte)(videoBytes[i + 3] ^ 0x42);

encryptedVideoBytes[i + 3] = (byte)(videoBytes[i + 0] ^ 0x49);

encryptedVideoBytes[i + 0] = (byte)(videoBytes[i + 1] ^ 0x4C);

i += 4; // 處理下后續(xù)四個(gè)字節(jié)

}

/ / 將12 個(gè)字節(jié)的干擾數(shù)據(jù)并入視頻流數(shù)據(jù)塊的

第28 到第40 個(gè)字節(jié)

for (int j = 0; j < 28; j++) _encryptedVideoBytes[j]= (byte)(encryptedVideoBytes[j]);

f o r ( i n t j = 0 ; j < 1 2 ; j + + ) _encryptedVideoBytes[j+28] = (byte)(DisValue[j]);

for (int j = 28; j < (videoAsBytes.Length);

j + + ) _encryptedVideoBytes[ j + 12] = (byte)(encryptedVideoBytes[j]);return _encryptedVideoBytes;// 返回最終處理完的數(shù)據(jù)

}

2）解密算法

直接跳過(guò)第28 到第40 個(gè)字節(jié),，其余的數(shù)據(jù)按照四個(gè)字節(jié)一組同密鑰進(jìn)行異或操作復(fù)原數(shù)據(jù)。

public byte[] Byte_Dcrypt(byte[] _videoBytes) {

byte[] DcryptedVideoBytes = new byte[(_

videoBytes.Length)];

int i = 0, k = 0 ;

// 解密流程

while (i + 4 < _videoBytes.Length)

{

// 跳過(guò)第28 到第40 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù),，其余數(shù)據(jù)按4個(gè)字節(jié)一組同密鑰進(jìn)行異或操作

if (i < 28 || i >= 40)

{

DcryptedVideoBytes[k] = (byte)(_

videoBytes[i + 3] ^ 0x49);

DcryptedVideoBytes[k + 1] = (byte)(_

videoBytes[i] ^ 0x4C);

DcryptedVideoBytes[k + 2] = (byte)(_

videoBytes[i + 1] ^ 0x4E);

DcryptedVideoBytes[k + 3] = (byte)(_

videoBytes[i + 2] ^ 0x42);

k += 4;

}

i += 4;// 處理后續(xù)4 個(gè)字節(jié)

}

return DcryptedVideoBytes;// 返回解密后的數(shù)據(jù)

}

2   監(jiān)控上云整體方案

整體方案分為視頻上傳及視頻下載兩個(gè)部分,，詳見(jiàn)系統(tǒng)圖1。視頻上傳部分包括前端NVR 實(shí)時(shí)碼流獲取,，視頻格式轉(zhuǎn)碼,，視頻流數(shù)據(jù)加密及加擾，傳輸上云幾個(gè)模塊,；視頻下載及播放部分包括視頻下載、視頻解碼、視頻播放幾個(gè)功能模塊,，后續(xù)將詳細(xì)介紹,。視頻的加解密模塊給視頻的網(wǎng)絡(luò)傳輸安全增加了一道安全屏障，確保了信息的安全,。

圖1 基于加密的智慧園區(qū)視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3   系統(tǒng)關(guān)鍵模塊

系統(tǒng)各關(guān)鍵模塊密切配合,，圍繞視頻流數(shù)據(jù)的安全可靠處理加工及傳輸?shù)龋瓿蓤@區(qū)視頻監(jiān)控上云及遠(yuǎn)程監(jiān)控的目標(biāo),。下面將分布介紹各個(gè)模塊內(nèi)容,。

3.1 監(jiān)控視頻流獲取

園區(qū)的視頻監(jiān)控設(shè)備都匯集到監(jiān)控指揮中心，可以通過(guò)NVR獲取其實(shí)時(shí)的視頻監(jiān)控流,。監(jiān)控?cái)z像機(jī)都支持輸出多個(gè)碼流,，主碼流以及子碼流，碼流的編碼格式式包括H.264,、H.265 等,，可通過(guò)RTSP 協(xié)議獲取其視頻流。系統(tǒng)首先獲取所有視頻監(jiān)控設(shè)備的列表明細(xì),，然后在配置頁(yè)面,，選取眾多攝像機(jī)中需要上云的設(shè)備，配置其碼流地址,、編碼格式,、賬號(hào)及密碼等信息。

鑒于視頻流同時(shí)抓取需要消耗大量的計(jì)算資源及網(wǎng)絡(luò)帶寬,，該系統(tǒng)視頻流抓取部分,，平時(shí)在“待機(jī)”狀態(tài)，有前端系統(tǒng)請(qǐng)求的時(shí)候,，才會(huì)啟動(dòng)視頻流抓取的模塊,，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的碼流配置信息，將前端實(shí)時(shí)碼流通過(guò)NVR傳輸?shù)揭曨l轉(zhuǎn)碼平臺(tái),。系統(tǒng)平臺(tái)支撐多路視頻流數(shù)據(jù)同時(shí)抓取,。

3.2 視頻轉(zhuǎn)碼

本系統(tǒng)要支持多種播放終端上進(jìn)行遠(yuǎn)程查看，包括PC網(wǎng)頁(yè),、微信小程序以及移動(dòng)APP等,，需選取一個(gè)更加通用的協(xié)議作為傳輸標(biāo)準(zhǔn)，所以選擇了更為通用的Webrtc格式流,。原始的視頻流各位RTSP標(biāo)準(zhǔn),，要轉(zhuǎn)換成Webrtc格式，需要經(jīng)過(guò)兩次轉(zhuǎn)換來(lái)完成,。在視頻轉(zhuǎn)碼的設(shè)計(jì)部分,，由兩個(gè)節(jié)點(diǎn)完成,，首先通過(guò)FFMEPG組件在自研任務(wù)調(diào)度組件的支配下，以規(guī)則將視頻流獲取模塊傳輸來(lái)各路的RTSP格式的視頻流,，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)RTMP格式的流,，然后將RTMP格式的流通過(guò)SRS 組件，根據(jù)調(diào)度任務(wù)規(guī)則,，轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的Webrtc格式的流,。轉(zhuǎn)換流程如圖2所示。

圖2 視頻轉(zhuǎn)碼流程圖

3.3 視頻加密

為了保護(hù)隱私安全,，系統(tǒng)采用本文1.2 節(jié)描述的加密算法,，對(duì)準(zhǔn)備上云傳輸?shù)囊曨l流數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密。采用密鑰為0x424E4C49,，以視頻轉(zhuǎn)碼節(jié)段生成的各路webrtc數(shù)據(jù)包為單位進(jìn)行加密,，各數(shù)據(jù)報(bào)內(nèi)以4 個(gè)字節(jié)1 組同加密密鑰按加密算法進(jìn)行加密。各單位待傳輸數(shù)據(jù)包加密完成后,，在每個(gè)數(shù)據(jù)包的第28 至第40 字節(jié)插入干擾串{{ 0x45, 0X4C, 0x45, 0X4B, 0X54, 0X52,0X4F, 0X4E, 0X49,0X4B, 0X45, 0X52 },，從而完成各個(gè)數(shù)據(jù)包的加密工作，準(zhǔn)備進(jìn)入視頻上云分發(fā)階段,。

3.4 視頻上云

視頻上云模塊主要根據(jù)播放端的請(qǐng)求,，將經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)包對(duì)應(yīng)傳輸給指定的鏈接，同時(shí)用多個(gè)線程來(lái)維護(hù)鏈接的數(shù)據(jù),，確保經(jīng)過(guò)加密的數(shù)據(jù)包準(zhǔn)確有序地上傳,。

3.5 視頻監(jiān)控云服務(wù)平臺(tái)

服務(wù)平臺(tái)負(fù)責(zé)響應(yīng)前端播放器的碼流播放請(qǐng)求，根據(jù)請(qǐng)求碼流來(lái)分配播放地址,，這里就分兩種情況：一種是已經(jīng)有別的播放終端請(qǐng)求過(guò)統(tǒng)一碼流的播放,，則直接將現(xiàn)有播放連接分發(fā)給新的請(qǐng)求終端；另外一種是全新的播放請(qǐng)求,，則需要向前端請(qǐng)求對(duì)應(yīng)的碼流,，建立視頻流獲取、轉(zhuǎn)碼,、加密的數(shù)據(jù)通路,，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)獲取地址下方給播放器端。

視頻云平臺(tái)服務(wù)器還負(fù)責(zé)維護(hù)當(dāng)前所有的播放鏈接,，針對(duì)每條播放鏈接進(jìn)行權(quán)重賦值,，增加一個(gè)播放請(qǐng)求加1，減少一個(gè)播放請(qǐng)求則減1,。如果在2 min 內(nèi)無(wú)持續(xù)的播放請(qǐng)求,，則釋放該條轉(zhuǎn)碼上傳連接，待下次有需求后重新建立鏈接,。

由于視頻建立鏈接有時(shí)間及資源的消耗,，為了前端用戶更好的體驗(yàn),，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)前端用戶使用的情況做出是否提前啟動(dòng)轉(zhuǎn)碼鏈路的預(yù)測(cè)，提前建立視頻流的轉(zhuǎn)碼上傳鏈路,，待用戶真的產(chǎn)生請(qǐng)求時(shí),，即可以完成秒速響應(yīng)。

視頻云端服務(wù)平臺(tái)的主要作用就是完成播放段與轉(zhuǎn)碼端的匹配,，并建立數(shù)據(jù)交換鏈路，響應(yīng)終端用戶的需求,，同時(shí)達(dá)到資源的優(yōu)化配置,，及時(shí)釋放無(wú)用的資源。

3.6 視頻下載

視頻下載服務(wù)模塊,，根據(jù)前端播放器的請(qǐng)求,，從視頻監(jiān)控云服務(wù)器獲取下載鏈接地址，并建立下載進(jìn)程,，將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)下載到指定緩沖區(qū),。

3.7 視頻解碼播放

視頻數(shù)據(jù)已經(jīng)經(jīng)過(guò)加密，如果直接丟給播放器,，則無(wú)法進(jìn)行播放,，需要對(duì)稱執(zhí)行解密操作。播放器從對(duì)應(yīng)的緩沖區(qū)獲取經(jīng)過(guò)加密的視頻流數(shù)據(jù),，交給解密模塊,，解密模塊根據(jù)本文1.2 章節(jié)描述的解密算法，首先嚴(yán)重干擾字段釋放正確一致,，然后對(duì)其余的數(shù)據(jù)按4 個(gè)字節(jié)一組,，采用解密密鑰0x424E4C49 進(jìn)行解密。解密完成的數(shù)據(jù)直接送給播放器進(jìn)行播放,。從而完成整個(gè)解密播放的流程,。

4   系統(tǒng)運(yùn)行效果

系統(tǒng)上線部署后，轉(zhuǎn)碼,、加解密,、播放各模塊無(wú)縫配合，運(yùn)行流暢,。每路視頻僅需要128 kbit/s 的網(wǎng)絡(luò)帶寬,，20M的帶寬即可支持200 路園區(qū)本地監(jiān)控視頻同時(shí)遠(yuǎn)程調(diào)取的需求。圖3 為小程序端遠(yuǎn)程調(diào)閱的運(yùn)行效果,，視頻從請(qǐng)求到播放時(shí)間1.5 s,，運(yùn)行流暢，畫(huà)面清晰,。

圖3 小程序園區(qū)監(jiān)控運(yùn)行效果

5   結(jié)束語(yǔ)

基于加密算法的園區(qū)視頻監(jiān)控上云系統(tǒng),，給智慧園區(qū)本地視頻監(jiān)控遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)調(diào)閱提供了技術(shù)手段,，在保障遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及時(shí)高效的同時(shí)，還給數(shù)據(jù)安全增加了一套屏障,。具備良好的商業(yè)價(jià)值和廣泛的推廣意義,，有了這套系統(tǒng)，再配合其他可量化的指標(biāo)預(yù)警系統(tǒng),，即可讓管理方有效掌握生成經(jīng)營(yíng)的狀況,，第一時(shí)間處理各種應(yīng)急事件，有效促進(jìn)園區(qū)數(shù)值轉(zhuǎn)型升級(jí),。

參考文獻(xiàn)：

[1] 吳張順,張珣.基于FFMPEG的視頻編碼存儲(chǔ)研究與實(shí)現(xiàn)[J].杭州電子科技大學(xué)學(xué)報(bào),2006(3) :30-34.

[2] 胡成任,平安,李文莉.基于Android系統(tǒng)的FF MPEG多媒體同步傳輸算法研究[J].計(jì)算機(jī)技術(shù)與發(fā)展, 2011,21(10):85-91.

[3] 胡國(guó)強(qiáng),周兆永,信朝霞.基于SRS的開(kāi)源直播系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2016,39(16):36-43.

（本文來(lái)源于《電子產(chǎn)品世界》雜志2023年2月期）

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