袁三男, 杜小敏
(上海電力學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院, 上海 200090)
IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)EPG優(yōu)化方案中的信息提取
袁三男, 杜小敏
(上海電力學(xué)院 電子與信息工程學(xué)院, 上海 200090)
針對(duì)IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)的電子節(jié)目指南(EPG)“逐級(jí)查詢”的缺點(diǎn),提出了對(duì)EPG進(jìn)行“即點(diǎn)即播”的優(yōu)化方案,并實(shí)現(xiàn)了對(duì)目標(biāo)EPG信息的提取.該方案采用3DES加密算法模擬機(jī)頂盒訪問(wèn)服務(wù)器以獲取認(rèn)證登錄,并通過(guò)爬蟲(chóng)技術(shù)對(duì)EPG信息進(jìn)行篩選組合,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)EPG界面的優(yōu)化.實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該方案系統(tǒng)搭建簡(jiǎn)便易行,工作量小,可在EPG界面上完成調(diào)用.
IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái); 電子節(jié)目指南優(yōu)化; 3DES加密算法; 爬蟲(chóng)技術(shù)
隨著三網(wǎng)融合的不斷推進(jìn)以及用戶對(duì)電視各方面要求的提高,IPTV在國(guó)內(nèi)發(fā)展較為迅速.相應(yīng)地,國(guó)家對(duì)IPTV運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)也是必不可少的.無(wú)論是模擬電視監(jiān)測(cè)、廣播電視監(jiān)測(cè)還是數(shù)字電視監(jiān)測(cè),都包含無(wú)視頻、無(wú)伴音、圖像靜止、無(wú)載波、低射頻、黑場(chǎng),以及彩條檢測(cè)模塊、PC顯示模塊、報(bào)警模塊等.如今,先進(jìn)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已采用分布式監(jiān)測(cè),或植入GPRS短信通知模塊以方便監(jiān)測(cè)[1].然而由于IPTV與模擬電視及數(shù)字電視運(yùn)行機(jī)理、傳輸形式的不同[2],監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不能完全移植.因此,IPTV監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)需要研究開(kāi)發(fā),特別是“電子節(jié)目指南”(Electronic Program Guide,EPG)界面設(shè)計(jì)的人性化,有助于準(zhǔn)確及時(shí)收集系統(tǒng)各種故障信息進(jìn)行報(bào)警提示,以確保地區(qū)內(nèi)IPTV系統(tǒng)運(yùn)行暢通.
目前,IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)原有的EPG界面雖然與動(dòng)態(tài)Web界面類(lèi)似,但在執(zhí)行過(guò)程中,EPG界面的操作需要遙控器控制.尤其是對(duì)于層次化結(jié)構(gòu)的子菜單需要多次翻頁(yè),逐級(jí)查找,操作過(guò)程有些繁瑣,會(huì)耽誤最佳故障處理時(shí)間.本文設(shè)計(jì)了一種EPG的優(yōu)化方案,并完成優(yōu)化后EPG所需信息的提取,實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)平臺(tái)EPG的簡(jiǎn)單快捷操作.通過(guò)PC軟件編程模擬機(jī)頂盒訪問(wèn)電信服務(wù)器以獲取認(rèn)證,在數(shù)據(jù)庫(kù)中利用爬蟲(chóng)技術(shù)搜取直播、點(diǎn)播、回看等IPTV業(yè)務(wù)的EPG信息,并保存成相應(yīng)的格式,供前端調(diào)用.
為方便IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)的人機(jī)交互,EPG界面的制作方法有模型-視圖-控制器(Model-View-Controller,MVC)模式[3].這種模式需要搜集IPTV不同業(yè)務(wù)下的各種節(jié)目信息并進(jìn)行整理歸納.EPG系統(tǒng)的制作工作量大,開(kāi)發(fā)成本高,且所用模板不能滿足客戶要求.鑒于現(xiàn)有EPG源自電信端EPG服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中,一般用戶是通過(guò)機(jī)頂盒對(duì)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)以獲取已授權(quán)的節(jié)目.因此,本文提出在PC機(jī)中虛擬遙控器的配合下模擬機(jī)頂盒訪問(wèn)服務(wù)器獲取信息的方法,通過(guò)對(duì)EPG信息的重新組合,設(shè)計(jì)客戶操作要求的界面信息,實(shí)現(xiàn)界面的優(yōu)化.EPG優(yōu)化方案中信息提取的設(shè)計(jì)框圖如圖1所示.
圖1 EPG優(yōu)化方案的設(shè)計(jì)示意
EPG優(yōu)化方案的步驟如圖2所示.該方案的基本思想是:先建立“樣本系統(tǒng)”,即測(cè)試機(jī)頂盒在虛擬遙控器控制下訪問(wèn)服務(wù)器,同時(shí)采用HUB抓取認(rèn)證過(guò)程的IP包;然后分析與服務(wù)器間的交互信息,了解交互過(guò)程的步驟和原理,進(jìn)行編程模擬,獲取服務(wù)器端的認(rèn)證;最后對(duì)EPG服務(wù)器提供的信息進(jìn)行爬蟲(chóng)篩選,分別獲取IPTV各業(yè)務(wù)EPG的URL,供給監(jiān)測(cè)前端進(jìn)行調(diào)用,以滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性.
圖2 EPG優(yōu)化方案的步驟
IPTV監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)對(duì)象是IPTV的6級(jí)終端,即IPTV用戶中h.264格式視頻流及音頻信息的播出狀況.根據(jù)所提出的優(yōu)化方案,首先,獲取機(jī)頂盒訪問(wèn)服務(wù)器認(rèn)證的“樣本”信息;其次,PC機(jī)對(duì)該過(guò)程和算法進(jìn)行編程,模擬機(jī)頂盒訪問(wèn)服務(wù)器獲取認(rèn)證登錄;最后,需要對(duì)服務(wù)器所提供的信息進(jìn)行爬蟲(chóng),篩選組合出符合優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)的EPG信息.
2.1 抓取機(jī)頂盒認(rèn)證過(guò)程信息
由于IPTV機(jī)頂盒與服務(wù)器的交互采用的是TCP/IP 協(xié)議,可采用迷你封包抓包器minisiniffer對(duì)機(jī)頂盒的訪問(wèn)認(rèn)證過(guò)程進(jìn)行交互信息的抓包.為此,機(jī)頂盒和服務(wù)器之間不使用交換機(jī)而是采用集線器HUB,利用其多端口轉(zhuǎn)發(fā)的優(yōu)勢(shì),使PC機(jī)與其相連,抓取訪問(wèn)過(guò)程中二者的交互信息,并進(jìn)行TCP包的存儲(chǔ).
經(jīng)分析,機(jī)頂盒和服務(wù)器之間采用HTTP方式進(jìn)行交互,其基本方法是post和get方式[4],因二者的發(fā)送機(jī)制不同,故不同場(chǎng)合按需要選用.get方式傳輸容量小、安全性低,但效率高;而與其相反的post方式,容量較大,安全性好,適于傳輸大量數(shù)據(jù).認(rèn)證過(guò)程中二者之間HTTP協(xié)議的3次握手,使用get方式傳送非機(jī)密性數(shù)據(jù),使用post方式傳送3DES加密后的數(shù)據(jù),以防止數(shù)據(jù)丟失,確保認(rèn)證登錄過(guò)程的安全.
2.2 3DES算法的原理及應(yīng)用
由分析可知,電信IPTV機(jī)頂盒可采用ECB式3DES算法進(jìn)行加密認(rèn)證,3DES加密算法是基于DES算法與多密鑰聯(lián)合建立的.DES采用了混亂和擴(kuò)散的組合技術(shù)[5],對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行代替、置換、異或和移位,以增加數(shù)據(jù)的復(fù)雜程度及抗攻擊性,提高安全性.
DES算法原理如下:對(duì)明文數(shù)據(jù)按8 B進(jìn)行分組處理,即明文按64位分組,密鑰長(zhǎng)度與其相同.首先,使用一個(gè)IP置換表對(duì)明文進(jìn)行初始置換,對(duì)64位二進(jìn)制數(shù)按位重新組合,并分成左32位L0和右32位R0兩部分.然后,使用一個(gè)f函數(shù)對(duì)L0和R0實(shí)施16輪迭代運(yùn)算,并與原來(lái)位進(jìn)行異或.最后,使用一個(gè)IP-1逆置換表對(duì)數(shù)據(jù)作逆置換,給出加密結(jié)果[6],DES加密流程如圖3所示.
圖3 DES加密流程
在16輪迭代運(yùn)算過(guò)程中,每次加密迭代使用的子密鑰是不一樣的.所用子密鑰由64位密鑰經(jīng)過(guò)計(jì)算得到,先分為左右兩半進(jìn)行置換選擇1,然后根據(jù)輪數(shù)進(jìn)行不同位數(shù)的循環(huán)左移,每輪移動(dòng)的位數(shù)如表1所示.將與明文位數(shù)相同的數(shù)再進(jìn)行置換壓縮并進(jìn)行異或,可獲得16個(gè)子密鑰,分別為K1,K2,K3,…,K16,依次用于16輪迭代運(yùn)算中.DES子密鑰計(jì)算過(guò)程如圖4所示.
表1 移位表
圖4 DES子密鑰計(jì)算流程
3DES算法是在DES算法基礎(chǔ)上的一種增強(qiáng)型加密算法,相當(dāng)于是對(duì)每個(gè)數(shù)據(jù)塊應(yīng)用3次DES加密算法[7].同時(shí),通過(guò)增加DES的密鑰長(zhǎng)度來(lái)避免外來(lái)的暴力攻擊,其安全性比DES高.3DES加密算法分為3DES-CBC密碼分組鏈接和3DES-ECB電子密碼本式兩種類(lèi)型[8],二者的算法流程前半部分都一樣,不同之處在于CBC式3DES算法要求在加密之前,明文分組時(shí)必須先將其與前一組加密結(jié)果進(jìn)行異或,再進(jìn)行加密處理.下面以EBC式3DES算法為例進(jìn)行分析,其加密過(guò)程為:
(1)
式中:EK(*)——DES加密過(guò)程;DK(*)——DES解密過(guò)程;P——明文;C——密文.
3DES的密鑰需要進(jìn)行3輪的子密鑰計(jì)算,把所得的48個(gè)子密鑰存放在一個(gè)變量中,以esk(1),dsk(2),esk(3)的方式存放.其中,esk(1)是加密密鑰,dsk(2)是解密密鑰,esk(3)是加密密鑰.加密密鑰和解密密鑰的算法相同.由于3DES加密算法和DES加密算法都是對(duì)稱加密算法[9],解密過(guò)程的密鑰排列順序與加密相反,即esk(3),dsk(2),esk(1).3DES密鑰的排列方式如圖5所示.
圖5 3DES密鑰的排列方式
電信服務(wù)平臺(tái)利用3DES較強(qiáng)的加密性,自設(shè)密鑰保證信息的授權(quán)安全.機(jī)頂盒采用get方式訪問(wèn)服務(wù)器,將服務(wù)器端返回的數(shù)據(jù),用戶ID,機(jī)頂盒ID,目的IP地址,物理地址,附加信息進(jìn)行排序組合,作為明文.例如:17750$AB45 8979013EF22231C4670E2BDD0580A5D7D66 E$ad123456789$1110010012340010000000188BDB21 7C$192.168.222.201$00:09:6B:2D:FB:EB$$CT C.系統(tǒng)對(duì)于明文字符串自動(dòng)識(shí)別為ASCII碼值,每8個(gè)一組,即8 B(64位)進(jìn)行加密,末尾不足8 B的要用0補(bǔ)齊,使得輸入數(shù)據(jù)都得到加密.
采用64位密鑰對(duì)132個(gè)字符進(jìn)行3DES加密后,密文長(zhǎng)度為136 B,用十六進(jìn)制數(shù)表示是272個(gè).其加密結(jié)果為:53CA93C14D8306CEBBB 5CBCE079BC19151E51F2EB131BF9113D5B3CF7 F5038CB6DEE25A9C97E4CFB26D3AF6BD705B FBC6B82C54199ADEC4F75D4B25D164D161A36 05FB7C2EAE84EE7013664EDA99BC6AEBA9229 EC60CE33A82254C132B68C534FA1BB8B2B9575 6D3CA615C866B4990721ACCB683C7D2E30BA7 2F3966AE6AA9A79EC99FB2218AD162.之后,采用post方式將加密結(jié)果提交給服務(wù)器.服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解密,并進(jìn)行數(shù)據(jù)是否可以認(rèn)證通過(guò)的判定.若為合理請(qǐng)求,則認(rèn)證通過(guò),通知EPG服務(wù)器下發(fā)相應(yīng)信息;否則,提示請(qǐng)求錯(cuò)誤,認(rèn)證未通過(guò).
2.3 爬蟲(chóng)獲取URL
獲取服務(wù)器認(rèn)證后,需要在數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行爬蟲(chóng),才可獲取EPG的相關(guān)信息.爬蟲(chóng)就是從一個(gè)或若干初始網(wǎng)頁(yè)的URL開(kāi)始,獲得初始網(wǎng)頁(yè)上的URL,并從當(dāng)前頁(yè)面上抽取新的URL放入隊(duì)列中,直到滿足系統(tǒng)的一定停止條件[10],即自動(dòng)的“目的性數(shù)據(jù)搜索”.最典型的,就是應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)搜索引擎.IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)EPG信息的提取引進(jìn)了“爬蟲(chóng)技術(shù)”,從電信EPG服務(wù)器的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)中,根據(jù)“關(guān)鍵字”進(jìn)行搜索,得到所需要的URL.
由于IPTV較強(qiáng)的雙向交互性以及電信端EPG服務(wù)器的資源特性,節(jié)目搜索以“主題”搜索為主.所以爬蟲(chóng)函數(shù)采用了聚焦網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng),選擇性地爬行那些與預(yù)先定義好的主題相關(guān)頁(yè)面.與通用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)相比,其優(yōu)勢(shì)在于只需要爬行與主題相關(guān)的頁(yè)面,極大地節(jié)省了硬件和網(wǎng)絡(luò)資源,并且聚焦爬蟲(chóng)保存的頁(yè)面數(shù)量少、更新快,適合該方案的工作環(huán)境,可以很好地滿足EPG信息提取的需求.
IPTV可實(shí)現(xiàn)點(diǎn)播、直播、回看等功能.以點(diǎn)播節(jié)目EPG信息提取為例,點(diǎn)播節(jié)目種類(lèi)和數(shù)量比較多,點(diǎn)播業(yè)務(wù)的EPG信息提取進(jìn)行主題搜索時(shí),需要進(jìn)行多次聚焦爬蟲(chóng)并保存.同理,回看EPG信息的采集過(guò)程相同.然而回看節(jié)目的EPG的時(shí)間標(biāo)記與點(diǎn)播不同,回看節(jié)目單可按照監(jiān)測(cè)前端、采集日期進(jìn)行聚焦爬蟲(chóng),對(duì)回看節(jié)目數(shù)量進(jìn)行自動(dòng)統(tǒng)計(jì).根據(jù)前端EPG界面設(shè)計(jì)的需要,將采集的信息進(jìn)行編輯整理,并符合回看節(jié)目標(biāo)準(zhǔn)的URL格式要求.回看節(jié)目有一定的限制,只能看當(dāng)日之前兩天的存儲(chǔ)節(jié)目.因此,監(jiān)測(cè)模塊需要定時(shí)對(duì)服務(wù)器端的可回看節(jié)目進(jìn)行爬蟲(chóng)采集,以便進(jìn)行更新.
該系統(tǒng)設(shè)計(jì)的目的是方便監(jiān)測(cè)中心工作人員對(duì)節(jié)目故障做出及時(shí)處理,當(dāng)進(jìn)入到諸多節(jié)目列表時(shí),可直接點(diǎn)擊進(jìn)入,克服逐級(jí)查找的缺點(diǎn).前端顯示平臺(tái)若有故障提示,工作人員可切換到手動(dòng)查詢狀態(tài)下,通過(guò)鼠標(biāo)點(diǎn)擊EPG界面上的菜單項(xiàng)目.例如,電影頻道的《暗戰(zhàn)2》影片播放出現(xiàn)馬賽克現(xiàn)象,工作人員點(diǎn)擊“電影頻道”列表中的節(jié)目名稱,下發(fā)指令給監(jiān)測(cè)模塊.該指令即為上述爬蟲(chóng)獲取的URL,由于IPTV的EPG菜單采用的是“樹(shù)”型結(jié)構(gòu),URL信息的獲取需要經(jīng)過(guò)多級(jí)進(jìn)入.例如:電影《暗戰(zhàn)2》的URL的提取需要經(jīng)過(guò)首頁(yè)→點(diǎn)播→電影→動(dòng)作電影→暗戰(zhàn)2→播放等多級(jí)過(guò)程,提取出該電影播放的URL信息內(nèi)容為:$HD-暗戰(zhàn)2new"$1-1$
該信息支持EPG界面中的《暗戰(zhàn)2》按鈕模塊,點(diǎn)擊即可播放.與《暗戰(zhàn)2》同級(jí)別的影片URL的提取過(guò)程與其相同.即接下來(lái)返回到動(dòng)作電影,爬蟲(chóng)獲取電影頻道內(nèi)的其他節(jié)目所有信息,篩選出影片播放的URL以及演員、導(dǎo)演、電影簡(jiǎn)介等信息,傳給前端顯示平臺(tái).用鼠標(biāo)點(diǎn)擊電影頻道的子菜單列表中節(jié)目,即可在屏幕的顯示區(qū)域進(jìn)行播放,也可直觀地查看故障情況,進(jìn)而做出相應(yīng)處理.同理,工作人員可以根據(jù)自己需求來(lái)選擇播放內(nèi)容,不涉及遙控器,方便快捷.
以點(diǎn)播《西游記》第5集故障為例.當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)故障報(bào)警提示《西游記》第5集出現(xiàn)故障時(shí),工作人員即刻點(diǎn)擊“電視劇”中的“西游記”,支持該節(jié)目的EPG信息是經(jīng)過(guò)爬蟲(chóng)綜合提取出來(lái)的內(nèi)容,即:
/frame38/program_tv_choose.jsp?programtype=14&programcode=0000000030140004873 089&contentcode=00000020140000092976&colum ncode=0B0502&returnURL=http%3A//10.39.71.13%3A8080/iptvepg/frame38/list_recreation.jsp%3FparentTypeId%3D0B05%26returnURL%3Dhttp%253A//10.39.71.13%253A8080/iptvepg/frame38/vod.jsp%253Fback%253D1%2526 back%253D1";
var series = new Array();var serieindex = 11;var breakpoint = 0;
var tempserie = {name:"《西游記》(86版)第1集猴王初問(wèn)世",programcode:"0000000030 100004873090",contentcode:"000000200100000 93049",programtype:""};series.push(tempserie);
……
vartempserie = {name:"《西游記》(86版)第25集波生極樂(lè)天(大結(jié)局)",programcode:"0000000030100004873114",contentcode:"00000 020010000093320",programtype:""};series.push(tempserie).
所提取的EPG信息中包含了《西游記》全部25集的信息.其中vartempserie的programcode:"0000000030100004873114"是節(jié)目單號(hào),contentcode:"00000020010000093320"是內(nèi)容單號(hào),顯示坐標(biāo)、所屬類(lèi)別等.前端平臺(tái)會(huì)根據(jù)該信息進(jìn)行編輯設(shè)置,以列表的形式將《西游記》25集的信息呈現(xiàn)給用戶,工作人員可點(diǎn)擊第5集進(jìn)行故障查看并進(jìn)行相應(yīng)處理,操作簡(jiǎn)單方便.
同理,直播和回看節(jié)目的URL提取過(guò)程,比點(diǎn)播稍簡(jiǎn)單些,菜單級(jí)數(shù)小,獲取方便.直播節(jié)目以頻道為定值,按照節(jié)目規(guī)劃一直播出,獲取首頁(yè)的同時(shí),各頻道節(jié)目的URL即可獲取.直播節(jié)目獲取的URL,以北京衛(wèi)視的URL為例:ChNum="41",ChannelName="北京衛(wèi)視,ChannelID="907",ChannelURL="http://27.148.240.138/PLTV/88888888/224/3221226059/index.m3u8?rrsip=27.148.240.138&servicetype=1&icpid=SSPID&accounttype=1&limitflux=-1&limitdur=-1&accountinfo=htzbVIFuCCFfuzpikv/0HCq4tJiPIZFY1wvKE88Yn1yWjBErAWXMcOvlDQL0h5VXJNdaryeeOE3CYaW/z8OZIg U+CA6q89mqeOwyaTOmfd3nqvO7xtBGVviDyWU XVnmPT0j5OXyMnZtjVY6jtA6xtg==:2016091 4145637,5912750439132,120.32.126.86,201609141 45637,Umai:CHAN/1326@BESTV.SMG.SMG,383438C2F8D46DA809BB70DC02AB8E9B,-1,0,1,,,2,,,,2,END",ChannelType="1".
回看節(jié)目是對(duì)特定頻道的特定時(shí)間下的直播內(nèi)容進(jìn)行回放,其檢索條件可按照監(jiān)測(cè)前端、采集日期逐級(jí)進(jìn)入選取.以2016年9月13日東南衛(wèi)視的《天天加油站》為例,其URL內(nèi)容為:
本文采用3DES算法編程模擬機(jī)頂盒訪問(wèn)服務(wù)器,通過(guò)爬蟲(chóng)技術(shù)篩選組合獲取IPTV監(jiān)測(cè)平臺(tái)EPG的URL信息,支持節(jié)目信息以列表的形式顯示在監(jiān)測(cè)屏幕上.該信息提取的優(yōu)化算法使得EPG具有“即點(diǎn)即播”的功能,克服了逐級(jí)查找的缺點(diǎn).優(yōu)化后的EPG操作靈活,更重要的是可以節(jié)約時(shí)間,提高工作效率和應(yīng)變能力,具有重要的應(yīng)用價(jià)值.
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(編輯 胡小萍)
Information Extraction of EPG Optimization Schemeon IPTV Monitoring Platform
YUAN Sannan, DU Xiaomin
(SchoolofElectronicsandInformationEngineering,ShanghaiUniversityofElectricPower,Shanghai200090,China)
To overcome the shortcomings of the Electronic Program Guide(EPG) “gradual query” on IPTV Monitoring platform,the “Point-to-play” operation is optimized and a EPG optimization scheme is proposed which has also achieved the extraction of the EPG information.This scheme uses the 3DES encryption algorithms to follow the process in which the set-top box accesses the server to obtain certification,and combines the EPG information with the help of the Crawler technology.In this way it could work the optimization of EPG interface.The experimental results show that the scheme proposed is easy to carry out with a smaller workload,and is called on the EPG interface.
IPTV monitoring platform; EPG optimization; 3DES encryption algorithm; computer robots
10.3969/j.issn.1006-4729.2017.02.015
2016-09-07
袁三男(1967-),男,博士,副教授,江蘇蘇州人.主要研究方向?yàn)橥ㄐ排c信息系統(tǒng),流媒體網(wǎng)絡(luò),數(shù)字電視,嵌入式系統(tǒng)等.E-mail:samuel yuan @shiepedu.com.
TN934.3;TN948.43
A
1006-4729(2017)02-0185-06