基于IP網(wǎng)絡(luò)的直播視頻業(yè)務(wù)播控方案

郭驍煊

（上海大學(xué)通信與信息工程學(xué)院，上海 200444）

1 引言

隨著直播視頻播出類型及方式的日益多元化，例如有線數(shù)字電視、IPTV、互聯(lián)網(wǎng)電視等，對(duì)直播視頻圖像處理要求越來越高并多樣化。除了對(duì)視頻的預(yù)處理、壓縮、編碼、解碼等常規(guī)收發(fā)、傳輸層面的視頻處理，對(duì)于各種類型的直播視頻，包括其視頻所嵌頁面及上下級(jí)頁面的播出質(zhì)量、安全的控制變得日趨重要。尤其基于IP網(wǎng)絡(luò)的直播視頻業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的敏感度也有所提高。本文將重點(diǎn)討論幾種簡單可行的直播視頻業(yè)務(wù)播控方案。

2 方案及討論

本節(jié)將主要討論基于圖像檢測(cè)的直播防篡改方法、視頻所在的頁面防篡改方法、以及基于終端探測(cè)的質(zhì)量問題分段等直播視頻業(yè)務(wù)播控方案。

2.1 直播視頻播出一致性檢測(cè)

2.1.1 直播防篡改

通常通過將同一套節(jié)目的兩個(gè)或多個(gè)不同路徑的信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行實(shí)時(shí)比較，并設(shè)定其中一路為標(biāo)準(zhǔn)參考信號(hào)，用于直播視頻播出的監(jiān)控。若比較結(jié)果差異超過預(yù)設(shè)閥值，則認(rèn)為出現(xiàn)直播信號(hào)內(nèi)容的變化，可能被篡改或者其中一路出現(xiàn)了嚴(yán)重的質(zhì)差。

但是因?yàn)閷?duì)于兩路或多路信號(hào)實(shí)時(shí)對(duì)比，算法復(fù)雜，數(shù)據(jù)計(jì)算量大，且這類比對(duì)只是相對(duì)值，并不能代表最終播出存在問題，為此常常存在誤告警或者不告警等情況[1]。需要考慮是否有簡化的特征值來確認(rèn)對(duì)比信號(hào)與原始信號(hào)的一致性。

圖像的邊緣信息量少，且可以用以識(shí)別圖像，同時(shí)可以極大地降低后續(xù)圖像分析和圖像處理的數(shù)據(jù)量。例如臺(tái)標(biāo)的識(shí)別，通過臺(tái)標(biāo)邊緣提取，通過播出前后的對(duì)比，可以確認(rèn)是否被篡改[2]。如果非正常播出源的和正常播出源臺(tái)標(biāo)檢測(cè)一致，則還可以通過圖像隱藏技術(shù)，通過對(duì)比隱藏標(biāo)識(shí)模板和播出圖像中的隱藏標(biāo)識(shí)的一致性，來進(jìn)一步判別播出內(nèi)容的正確性。

上述檢測(cè)可以在平臺(tái)播出端進(jìn)行探測(cè)確保信號(hào)源輸入和平臺(tái)層輸出之間不被篡改；而終端側(cè)也可以通過約定的算法，進(jìn)行特征值一致性對(duì)比，實(shí)現(xiàn)最終用戶側(cè)收視視頻防篡改校驗(yàn)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常時(shí)，除了告警提示值班人員緊急處理外，還可通過一些自動(dòng)化手段，進(jìn)行自動(dòng)切換。具體有：

（1）當(dāng)平臺(tái)層輸出檢驗(yàn)和信號(hào)源輸入不一致時(shí)，觸發(fā)告警信號(hào)給平臺(tái)播出層，平臺(tái)播出層通過事先預(yù)置的網(wǎng)絡(luò)或播出服務(wù)器設(shè)備腳本執(zhí)行播出信號(hào)關(guān)斷命令。但該操作方式不是非常友好，屬于全面中斷，常常伴隨大量的故障投訴。

（2）預(yù)置墊片，當(dāng)平臺(tái)層輸出檢驗(yàn)和信號(hào)源輸入不一致時(shí)，將墊片信號(hào)自動(dòng)插入播放替代正式信號(hào)播出。

（3）平臺(tái)播出層同時(shí)輸出兩路不同路徑的直播信號(hào)給終端，當(dāng)終端發(fā)現(xiàn)主路出現(xiàn)檢測(cè)不一致的情況，則自動(dòng)判別切換到備路。[3]

2.1.2 播出質(zhì)量控制

使用邊緣檢測(cè)技術(shù)還能檢測(cè)靜幀、黑場(chǎng)、彩條、維護(hù)界面等平臺(tái)播出質(zhì)量問題[2]。而TR101290標(biāo)準(zhǔn)中（DVB-數(shù)字電視廣播測(cè)量指導(dǎo)手冊(cè)）定義的例如TS同步丟失、連續(xù)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤、PTS錯(cuò)誤、同步字節(jié)錯(cuò)誤、PCR錯(cuò)誤等可以通過播出監(jiān)控發(fā)現(xiàn)播出平臺(tái)側(cè)的問題[4]。

除此之外，基于IP網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹辈ヒ曨l業(yè)務(wù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的敏感度較高，可能因網(wǎng)絡(luò)抖動(dòng)、時(shí)延、丟包等引起視頻丟幀，會(huì)出現(xiàn)花屏、馬賽克、卡頓、黑屏、音視頻不同步等情況，影響播放質(zhì)量。為此，為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理網(wǎng)絡(luò)傳輸過程中引起的播出質(zhì)量問題，又可以在終端側(cè)檢測(cè)媒體丟包情況、網(wǎng)絡(luò)丟包情況、視頻解碼過程中可能出現(xiàn)的異常以及視頻輸出階段的畫面質(zhì)量情況，上報(bào)到平臺(tái)，通過分析可以較為簡便地區(qū)分平臺(tái)播出問題、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量問題、還是終端解碼問題。

2.2 直播業(yè)務(wù)所在頁面發(fā)布防篡改

頁面發(fā)布防篡改一般有平臺(tái)側(cè)本機(jī)防篡改檢測(cè)、平臺(tái)側(cè)第三方檢測(cè)防篡改、終端側(cè)檢測(cè)等幾種方式。

2.2.1 平臺(tái)側(cè)本機(jī)防篡改檢測(cè)

平臺(tái)側(cè)本機(jī)防篡改檢測(cè)是指在頁面展示服務(wù)器上部署防篡改檢測(cè)軟件，當(dāng)發(fā)現(xiàn)頁面特征值與基準(zhǔn)模板的特征值不一致時(shí)，則啟動(dòng)頁面的重新同步更新或還原，強(qiáng)制替代被篡改頁面。特征值取值有很多方式，包括頁面文件的大小、文件修改時(shí)間、MD5校驗(yàn)等。優(yōu)點(diǎn)是部署簡單；缺點(diǎn)是當(dāng)頁面展示設(shè)備被控制時(shí)，可能存在防篡改機(jī)制無法生效等問題；同時(shí)，根據(jù)檢測(cè)特征值的復(fù)雜度不同，對(duì)頁面展示設(shè)備本身的性能也有一定的影響。具體示意圖見圖1。

圖1 平臺(tái)側(cè)本機(jī)防篡改檢測(cè)方法

2.2.2 平臺(tái)側(cè)第三方檢測(cè)防篡改

平臺(tái)側(cè)第三方防篡改檢測(cè)是指使用專用設(shè)備或者在另外一臺(tái)服務(wù)器（非頁面展示服務(wù)器）上部署防篡改檢測(cè)軟件。如圖2所示，頁面發(fā)布服務(wù)器發(fā)布頁面時(shí)會(huì)同時(shí)發(fā)給第三方防篡改檢測(cè)設(shè)備和頁面展示服務(wù)器，而第三方防篡改檢測(cè)設(shè)備將收到的來自業(yè)務(wù)發(fā)布服務(wù)器發(fā)布的頁面作為基準(zhǔn)頁面，定期向頁面展示服務(wù)器獲取當(dāng)前頁面文件進(jìn)行全量對(duì)比，也可以只進(jìn)行特征值對(duì)比。若發(fā)現(xiàn)不一致，則第三方防篡改檢測(cè)設(shè)備推送消息給頁面展示服務(wù)器進(jìn)行備份替換，也可以通知頁面發(fā)布服務(wù)器重新發(fā)布，或者第三方防篡改檢測(cè)設(shè)備直接將基準(zhǔn)頁面推動(dòng)到頁面展示服務(wù)器覆蓋原有異常頁面。其優(yōu)點(diǎn)是校驗(yàn)工作在第三方獨(dú)立的檢測(cè)服務(wù)器上，不會(huì)因?yàn)轫撁嬲故痉?wù)器被控制而出現(xiàn)無法自檢等問題；校驗(yàn)計(jì)算量不在頁面展示服務(wù)器上，因此也不影響生產(chǎn)設(shè)備的性能。缺點(diǎn)是第三方防篡改檢測(cè)設(shè)備增加了頁面獲取、異常檢測(cè)結(jié)果推送等環(huán)節(jié)，流程長了，時(shí)效性相對(duì)差些。

圖2 平臺(tái)側(cè)第三方防篡改檢測(cè)方法

2.2.3 終端側(cè)檢測(cè)

展示頁面上隱藏特征值，終端每次請(qǐng)求頁面展示時(shí)，按照約定規(guī)則比對(duì)特征值的一致性，若不一致則頁面報(bào)錯(cuò)或跳轉(zhuǎn)預(yù)置鏈接。優(yōu)點(diǎn)是最接近用戶端，不占用頁面展示服務(wù)器性能；缺點(diǎn)是若終端廠家較多，又無法統(tǒng)一規(guī)范算法邏輯，由各廠商各自定義具體細(xì)則，則會(huì)出現(xiàn)不同終端遇到頁面問題時(shí)的表現(xiàn)形式不同，以及可能出現(xiàn)漏檢的情況，難以很好地全面控制。與此同時(shí)，出現(xiàn)問題攔截時(shí)，用戶已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，感知不好。當(dāng)然該方法可以作為平臺(tái)側(cè)防篡改漏檢的補(bǔ)充手段，進(jìn)行二次防范。

3 結(jié)束語

隨著基于IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)網(wǎng)視頻業(yè)務(wù)不斷發(fā)展，直播視頻的播出安全和質(zhì)量要求也越來越高。防篡改技術(shù)以及播出質(zhì)量檢測(cè)技術(shù)將朝著如何提升計(jì)算效率以及自動(dòng)化學(xué)習(xí)的方向不斷地更新演進(jìn)。