具有硬件加密功能的安全网络摄像机.pdf

本发明涉及一种摄像机，尤其是一种具有硬件加密功能的安全网络摄像机，属于视频监控的技术领域。按照本发明提供的技术方案，所述具有硬件加密功能的安全网络摄像机，包括核心板以及用于采集视频图像的数字图像传感器，所述数字图像传感器与核心板连接；所述核心板上还连接有用于硬件加密的安全模块，所述安全模块通过USB与核心板连接。本发明结构紧凑，能实现对摄像机的有效加密，确保监控系统的安全可靠。

权利要求书1.  一种具有硬件加密功能的安全网络摄像机，包括核心板（1）以及用于采集视频图像的数字图像传感器（5），所述数字图像传感器（5）与核心板（1）连接；其特征是：所述核心板（5）上还连接有用于硬件加密的安全模块（2），所述安全模块（2）通过USB与核心板（5）连接。 2.  根据权利要求1所述的具有硬件加密功能的安全网络摄像机，其特征是：所述核心板（1）还与用于视频输出的模拟视频输出模块（3）以及用于音频输入输出的音频输入输出模块（4）连接。 3.  根据权利要求1所述的具有硬件加密功能的安全网络摄像机，其特征是：所述核心板（1）还与SD卡接口（7）、网口（8）、485接口（9）以及232接口（10）连接。 4.  根据权利要求1所述的具有硬件加密功能的安全网络摄像机，其特征是：所述核心板（1）的输出端与继电器（11）连接，核心板（1）的输入端与光耦电路（12）连接。 5.  根据权利要求1所述的具有硬件加密功能的安全网络摄像机，其特征是：所述数字图像传感器（5）为CCD传感器或CMOS传感器。

说明书具有硬件加密功能的安全网络摄像机
技术领域
本发明涉及一种摄像机，尤其是一种具有硬件加密功能的安全网络摄像机，属于视频监控的技术领域。
背景技术
目前视频监控系统的运用覆盖了社会的各行各业，成为了人们生产生活中不可或缺的应用。随着互联网科技的高速发展，视频监控也已经进入到了网络化数字视频监控时代。在当前复杂的互联网环境下，几乎所有涉及到网络的应用都会遇到相关的安全性问题，网络视频监控系统也不例外。尤其是网络视频监控系统的前端视频采集设备（主要是监控摄像机）极易成为攻击目标。比如，恶意攻击者可能会透过安防监控网络远程非法访问摄像机，获取实时视频，窥探隐私区域；或者是修改摄像机内部参数使之无法正常运行，甚至是对摄像机的原始视频进行篡改等破坏行为。因此，网络视频监控系统中前端摄像机的安全问题成为了安防领域潜在的亟待解决的重大问题。
网络视频监控系统中的安全问题可通过各种安全防护手段来解决，例如在视频前端设备中采取认证交换，访问控制以及视频流加密等安全防护措施。上述安全手段需要整个系统引入安全基础设施，通过各种密码算法来提供底层基础支持。密码算法的使用，势必加大前端设备处理器的运算量，影响数据处理传输速度，导致的数据传输延迟。
为了满足前端设备视频数据流数据吞吐量的需求，可以考虑使用安全性更高，运算速度更快的硬件加密。硬件加密设备如安全芯片，不仅可以减轻主机系统内存和CPU的负担，从整体上提高系统的性能，而且随着基于片上系统技术的发展，一块安全芯片可以集成多种密码算法，这也满足了实现不同安全机制需求。另外，考虑到国内市场和制度因素，国家密码管理局颁布的国密算法具有安全性和制度性两方面优势，但是由于国密SM1算法未公开，仅以IP核的形式存在于芯片中，如果要使用国密算法，只能使用集成了国密算法的安全芯片。因此，如何设计一种具备硬件加密功能的网络摄像机，以确保网络视频监控系统的安全是目前需要解决的一个问题。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种具有硬件加密功能的安全网络摄像机，其结构紧凑，能实现对摄像机的有效加密，确保监控系统的安全可靠。
按照本发明提供的技术方案，所述具有硬件加密功能的安全网络摄像机，包括核心板以及用于采集视频图像的数字图像传感器，所述数字图像传感器与核心板连接；所述核心板上还连接有用于硬件加密的安全模块，所述安全模块通过USB与核心板连接。
所述核心板还与用于视频输出的模拟视频输出模块以及用于音频输入输出的音频输入输出模块连接。
所述核心板还与SD卡接口、网口、485接口以及232接口连接。
所述核心板的输出端与继电器连接，核心板的输入端与光耦电路连接。
所述数字图像传感器为CCD传感器或CMOS传感器。
本发明的优点：在安全性能方面，安全模块集成的密码算法本身安全性就很高，而且安全模块的硬件又增加了其内部数据和运算的保密性，使其很难被仿造和破解；另外本发明使用的安全芯片可以集成多种密码算法，能够提供多种安全保护，满足不同安全需求。在处理性能方面，安全模块采用硬件加密，使用专门的处理系统来处理加密数据，这在计算机系统中，尤其是嵌入式系统中，相比软件加密拥有绝对处理速度优势。在市场政策方面，国家密码管理局制定颁布的国密算法，从功能和安全性上可完全取代国际通用的密码算法，政策上在国内市场占有绝对的优势。因此，本发明使用集成了国密算法的安全模块必将更加符合国内市场的安全需求。
附图说明
图1为本发明的结构框图。
附图标记说明：1-核心板、2-安全模块、3-模拟视频输出模块、4-音频输入输出模块、5-数字图像传感器、6-电源管理模块、7-SD卡接口、8-网口、9-485接口、10-232接口、11-继电器以及12-光耦电路。
具体实施方式
下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示：为了能实现对摄像机的有效加密，确保监控系统的安全可靠，本发明包括核心板1以及用于采集视频图像的数字图像传感器5，所述数字图像传感器5与核心板1连接；所述核心板1上还连接有用于硬件加密的安全模块2，所述安全模块2通过USB与核心板5连接。
具体地，核心板1为摄像机的处理器，核心板1能对数字图像传感器5采集的视频图像进行处理，以进行视频图像的存储以及传输。通过安全模块2与核心板1的配合，能为整个摄像机提供需要的硬件加密，确保监控系统的安全可靠。所述数字图像传感器5为CCD传感器或CMOS传感器。
所述核心板1还与用于视频输出的模拟视频输出模块3以及用于音频输入输出的音频输入输出模块4连接。所述核心板1还与SD卡接口7、网口8、485接口9以及232接口10连接。所述核心板1的输出端与继电器11连接，核心板1的输入端与光耦电路12连接。
具体实施时，高清网络摄像机以TI（美国德州仪器公司）的DM368处理芯片作为核心板1，再加上必要外设和接口。具体用于硬件加密的安全模块2是采用清华同方的TF32A09系列芯片，安全模块2以USB设备的形式连接到DM368的USB接口上，使用USB协议来通信。安全模块2与摄像机硬件电路融为一体，既节省了硬件空间，简化了摄像机的封装和外形设计；更重要的是作为安全摄像机的核心功能模块，DM368主芯片可以通过USB通信来随时调用安全模块的密码算法来对上层系统进行保护，从而实现摄像机的安全功能。
核心板1主要由主处理器TMS320DM368以及128MB的DDR2和128MB的Nand Flash构成，TMS320DM368处理器，它包括了ARM子系统（ARMSS），DMA总线子系统和DDR2/mDDREMIF接口，视频处理子系统（VPSS）以及一系列I/O外设接口。ARMSS包括ARM926 RISC CPU内核和关联内存。DDR2Controller是DDR2/mDDR的接口，它支持JESD79D-2A标准兼容的DDR2 SDRAM设备，可以DDR2 SDRAM设备或移动DDR SDRAM设备相连。EMIF是NAND FLASH的接口，它的作用就是用于连接多种外部存储设备包括SRAM，NAND FLASH。VPSS提供了一个输入接口和一个输出接口。视频处理前端（VPFE）是VPSS的输入端，外部的图像传感器通过图像传感器接口（ISIF）接入。视频处理后端（VPBE）是VPSS输出端，由On-Screen Display（OSD）和视频编码（VENC）模块组成，支持模数转换，提供了YUV数字信号和NTSC/PAL模拟信号输出。片外存储器系统采用 1Gb（128MBytes）的 DDR2 SDRAM 和 1Gb（128MBytes）的 NAND FLASH，DM368时钟晶振是24MHz，JTAG是调试使用接口。
具体实施时，数字图像传感器5采用中星微的VC0356的CMOSSensor。输入的图像数据可以是从CCD/CMOS中直接出来的Raw Data，也可以是经过摄像头自带ISP处理过的RGB/YUV格式的数据，由主处理器TMS320DM368的ISIF接收并处理。
主处理器TMS320DM368可由VENC 产生模拟视频输出，生成的模拟视频格式包括Composite NTSC-M，PAL，S-Video (Y/C)，Component YPbPr，RGB。模拟视频信号由主处理器TMS320DM368的TV_OUT引脚输出，通过模拟视频输出模块3连接到对外的BNC接口。
音频输入输出模块4采用的是主处理器TMS320DM368自带的CQ93VCVoice Codec，可以直接从主处理器TMS320DM368的接口上接一条Line In和一条Line Out作为音频的输入输出接口。
硬件时钟电路是使用X1205设计的外部实时时钟电路，使用RTC可通过硬件时钟保存系统时钟，保证系统在掉电后不丢失时钟信息。光耦电路12用于支持报警输入，还有1路继电器11支持报警输出。
主处理器TMS320DM368内部集成了一个以太网媒体存取控制器(EMAC),选择合适的物理层芯片即可实现实时视频的网络传输功能。本发明中，网口7采用KS8001（物理层收发器）芯片，连接HR911105A网线接口实现。
核心板1还与电源管理模块6连接，电源管理模块6提供需要的工作直流电压为1.2V，1.8V，3.3V和5V。摄像机外部输入电源为12V，先经过电源管理芯片TPS54331转成5V，再由TPS65024转成1.35V，1.8V和3.3V。1.35V再由专门电路转成1.2V。RS485接口9用于云台控制，RS232接口10由于串口调试。SD卡接口7可用于本地存储视频数据。
安全模块2采用清华同方TF32A09系列的安全芯片，该芯片基于32位CPU核的SOC（片上系统）平台开发设计，支持国际通用密码算法（AES，DES，SHA1等）和国家密码管理局指定算法（SM1，SM2，SM3，SM4）。TF09芯片通信接口丰富，包括2个USB2.0接口，1个SPI接口，1个7816接口，1个UART接口。
为了保证安全芯片与DM368通信的速率，在具体实施时，选择的是安全芯片TF32A09众多接口中传输速率最高的USB2.0接口，作为与核心板1的通信接口。安全芯片TF32A09在硬件系统结构中是摄像机一个固定外设，因此，作为整个硬件电路的一部分，安全芯片TF32A09是以一个硬件模块形式存在。安全芯片TF32A09通过自身的USB接口直接与主处理器TMS320DM368的USB接口连接，实现与主芯片的通信；同时搭配与之相匹配的电源电路，时钟晶振电路以及复位电路构成了整个安全模块的结构。
本发明核心板1通过数字图像传感器5获取需要的视频图像，通过模拟视频输出模块3能进行模拟视频信号的输出，通过网口8能进行网络的连接于传输，通过安全模块2能对整个摄像机进行安全加密，结构紧凑，能实现对摄像机的有效加密，确保监控系统的安全可靠。