基于IP網絡的直播視頻業務播控方案

郭驍煊

（上海大學通信與信息工程學院，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，例如有線數字電視、IPTV、互聯網電視等，對直播視頻圖像處理要求越來越高并多樣化。除了對視頻的預處理、壓縮、編碼、解碼等常規收發、傳輸層面的視頻處理，對于各種類型的直播視頻，包括其視頻所嵌頁面及上下級頁面的播出質量、安全的控制變得日趨重要。尤其基于IP網絡的直播視頻業務對網絡質量的敏感度也有所提高。本文將重點討論幾種簡單可行的直播視頻業務播控方案。

2 方案及討論

本節將主要討論基于圖像檢測的直播防篡改方法、視頻所在的頁面防篡改方法、以及基于終端探測的質量問題分段等直播視頻業務播控方案。

2.1 直播視頻播出一致性檢測

2.1.1 直播防篡改

通常通過將同一套節目的兩個或多個不同路徑的信號內容進行實時比較，并設定其中一路為標準參考信號，用于直播視頻播出的監控。若比較結果差異超過預設閥值，則認為出現直播信號內容的變化，可能被篡改或者其中一路出現了嚴重的質差。

但是因為對于兩路或多路信號實時對比，算法復雜，數據計算量大，且這類比對只是相對值，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對比信號與原始信號的一致性。

圖像的邊緣信息量少，且可以用以識別圖像，同時可以極大地降低后續圖像分析和圖像處理的數據量。例如臺標的識別，通過臺標邊緣提取，通過播出前后的對比，可以確認是否被篡改[2]。如果非正常播出源的和正常播出源臺標檢測一致，則還可以通過圖像隱藏技術，通過對比隱藏標識模板和播出圖像中的隱藏標識的一致性，來進一步判別播出內容的正確性。

上述檢測可以在平臺播出端進行探測確保信號源輸入和平臺層輸出之間不被篡改；而終端側也可以通過約定的算法，進行特征值一致性對比，實現最終用戶側收視視頻防篡改校驗。當發現異常時，除了告警提示值班人員緊急處理外，還可通過一些自動化手段，進行自動切換。具體有：

（1）當平臺層輸出檢驗和信號源輸入不一致時，觸發告警信號給平臺播出層，平臺播出層通過事先預置的網絡或播出服務器設備腳本執行播出信號關斷命令。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）預置墊片，當平臺層輸出檢驗和信號源輸入不一致時，將墊片信號自動插入播放替代正式信號播出。

（3）平臺播出層同時輸出兩路不同路徑的直播信號給終端，當終端發現主路出現檢測不一致的情況，則自動判別切換到備路。[3]

2.1.2 播出質量控制

使用邊緣檢測技術還能檢測靜幀、黑場、彩條、維護界面等平臺播出質量問題[2]。而TR101290標準中（DVB-數字電視廣播測量指導手冊）定義的例如TS同步丟失、連續計數錯誤、PTS錯誤、同步字節錯誤、PCR錯誤等可以通過播出監控發現播出平臺側的問題[4]。

除此之外，基于IP網絡傳輸的直播視頻業務對網絡的敏感度較高，可能因網絡抖動、時延、丟包等引起視頻丟幀，會出現花屏、馬賽克、卡頓、黑屏、音視頻不同步等情況，影響播放質量。為此，為了及時發現并處理網絡傳輸過程中引起的播出質量問題，又可以在終端側檢測媒體丟包情況、網絡丟包情況、視頻解碼過程中可能出現的異常以及視頻輸出階段的畫面質量情況，上報到平臺，通過分析可以較為簡便地區分平臺播出問題、網絡質量問題、還是終端解碼問題。

2.2 直播業務所在頁面發布防篡改

頁面發布防篡改一般有平臺側本機防篡改檢測、平臺側第三方檢測防篡改、終端側檢測等幾種方式。

2.2.1 平臺側本機防篡改檢測

平臺側本機防篡改檢測是指在頁面展示服務器上部署防篡改檢測軟件，當發現頁面特征值與基準模板的特征值不一致時，則啟動頁面的重新同步更新或還原，強制替代被篡改頁面。特征值取值有很多方式，包括頁面文件的大小、文件修改時間、MD5校驗等。優點是部署簡單；缺點是當頁面展示設備被控制時，可能存在防篡改機制無法生效等問題；同時，根據檢測特征值的復雜度不同，對頁面展示設備本身的性能也有一定的影響。具體示意圖見圖1。

圖1 平臺側本機防篡改檢測方法

2.2.2 平臺側第三方檢測防篡改

平臺側第三方防篡改檢測是指使用專用設備或者在另外一臺服務器（非頁面展示服務器）上部署防篡改檢測軟件。如圖2所示，頁面發布服務器發布頁面時會同時發給第三方防篡改檢測設備和頁面展示服務器，而第三方防篡改檢測設備將收到的來自業務發布服務器發布的頁面作為基準頁面，定期向頁面展示服務器獲取當前頁面文件進行全量對比，也可以只進行特征值對比。若發現不一致，則第三方防篡改檢測設備推送消息給頁面展示服務器進行備份替換，也可以通知頁面發布服務器重新發布，或者第三方防篡改檢測設備直接將基準頁面推動到頁面展示服務器覆蓋原有異常頁面。其優點是校驗工作在第三方獨立的檢測服務器上，不會因為頁面展示服務器被控制而出現無法自檢等問題；校驗計算量不在頁面展示服務器上，因此也不影響生產設備的性能。缺點是第三方防篡改檢測設備增加了頁面獲取、異常檢測結果推送等環節，流程長了，時效性相對差些。

圖2 平臺側第三方防篡改檢測方法

2.2.3 終端側檢測

展示頁面上隱藏特征值，終端每次請求頁面展示時，按照約定規則比對特征值的一致性，若不一致則頁面報錯或跳轉預置鏈接。優點是最接近用戶端，不占用頁面展示服務器性能；缺點是若終端廠家較多，又無法統一規范算法邏輯，由各廠商各自定義具體細則，則會出現不同終端遇到頁面問題時的表現形式不同，以及可能出現漏檢的情況，難以很好地全面控制。與此同時，出現問題攔截時，用戶已經發現，感知不好。當然該方法可以作為平臺側防篡改漏檢的補充手段，進行二次防范。

3 結束語

隨著基于IP網絡的互聯網視頻業務不斷發展，直播視頻的播出安全和質量要求也越來越高。防篡改技術以及播出質量檢測技術將朝著如何提升計算效率以及自動化學習的方向不斷地更新演進。