天津联通测速作者：赖材栋 张小强 谢崇斌
来源：《中国新通信》 2020年第15期
赖材栋 张小强 谢崇斌 中国移动通信集团陕西有限公司
电影魔方2003
【摘要】 目前高速的网络环境为IPTV电视业务带来了丰富的视频播放内容和应用，也增加了安全播出的风险。文中提出了一种基于特征分析的IPTV直播流节目一致性比对方法，并在现网应用，实现对直播信源、IPTV平台、各地市网络节点及用户侧直播频道视音频指纹特征提取及实时比对监测，实现了IPTV电视业务整个传输链路安全播出监测。 【关键词】 IPTV直播 一致性 防篡改
领导科学与领导艺术 引言：随着家庭宽带业务的高速发展，陕西移动IPTV用户规模已达280万，成为传播红能量、弘扬主旋律的一支重要力量。IPTV随着规模和影响力的提升，已经成为主流的宣传渠道。如何构建全面的IPTV电视视频安全播出监播体系，保障IPTV视频内容的安全、正确收看，成为IPTV电视从业人员的重大课题。2019年2月，广电总局推出了《IPTV技术体系总体要求(初稿)》[1]，文件对IPTV安全播出监管
提出了明确要求：IPTV安全播出监管的目标是保障全平台直播节目完整、信号安全、技术安全，通过不同来源采集节目一致性比对实现安全播出监管。
陕西移动结合系统结构及日常运维，提出了一种基于特征分析的IPTV直播流节目一致性比对方法，实现了对直播信源、IPTV平台、各地市网络节点及用户侧的直播频道视音频指纹特征提取比对监测。IPTV视频指纹比对一致性防篡改技术提高了IPTV视频内容防篡改的安全性和可控性，整个视频比对过程毫秒级，使得公众无法看到被篡改视频页面，其运行性能和检测实时性都达到最高的水准。保障了IPTV视频内容的安全播出和安全防护。
一、系统构成
IPTV直播节目特征提取分别在信号源侧、IPTV平台侧、各个地市网络节点及用户侧进行部署，自动提取直播节目指纹特征，传送给监测管理系统，对每一套直播节目视频进行一对一和一对多的实时比对监测。 整个防篡改一致性比对系统由应用服务器、数据库服务器构成。（1）应用服务器：后台数据的计算、汇总、处理、关联、整合，以及相关的数据呈现功能。同时应用服务器兼做WEB服务器。（2）数据库服务器：实现系统数据的存储及数据库服务功能。系统采用分布式特征值采集，特征值回传至中心进行集中比对的系统架构，此种架构便于后续的系统水平和垂直扩展。特征值的提取通过部署在
各个监测点的特征值服务器进行提取并进行加密、经过加密后的特征值回传至中心，在中心管理平台的管理下实现节目的自定义比对。
二、视频特征值提取及核心技术：
2.1视频特征值提取及实现原理
视音频特征值提取是视频一致性比对实现基础，特征值提取是将音视频数据转换为视频指纹特征的算法，从而通过视频指纹特征对链路传输的节目内容一致性进行实时比对，对视音频指纹的定义如下：
视频标识(vts): I帧的PTS值。
视频指纹(vfp): I帧的CRC值 。
视频帧长度(vlen): 只做记录不对比。
音频标识(ats): I帧的PTS值 。
音频指纹(afp): 取I帧后，第一个音频PES的PTS，计算CRC值。
音频帧长度(alen): 只做记录不对比。
为了提高特征值精度，对高清节目中视频的每一帧画面分为36*160块，并针对每一块利用SIFT[2](尺度空间极值检测：Scale-invariant feature transform)算法计算实现局部影像特征的描述。
SIFT是由Lowe提出的一种基于尺度空间的局部特征点提取和匹配算法，其算法描述如下：1）尺度空间极值检测：搜索所有尺度上的图像位置。通过高斯微分函数来识别潜在的对于尺度和旋转不变的兴趣点。2）关键点定位：在每个候选的位置上，通过一个拟合精细的模型来确定位置和尺度。关键点的选择依据于它们的稳定程度。3）方向确定：基于图像局部的梯度方向，分配给每个关键点位置一个或多个方向。所有后面的对图像数据的操作都相对于关键点的方向、尺度和位置进行变换，从而提供对于这些变换的不变性。4）关键点描述：在每个关键点周围的邻域内，在选定的尺度上测量图像局部的梯度。这些梯度被变换成一种表示，这种表示允许比较大的局部形状的变形和光照变化。滴水穿石的启示教学设计
2.2算法实现
本文以IPTV节目源特点及实现需求，设计其实现流程如下：
1.原视频图像--特征点检测--特征点描述--原图目标的特征点集。
2.目标图像--特征点检测--特征点描述--目标图的特征点集。
3.两幅图片的特征点集合进行：特征点匹配--匹配点矫正。
2.2.1视频特征值比对
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同一个节目，在不同的监测点上进行监测形成不同的链路，例如：源站点节目和监测点B进行对比，则形成源站点链路A和监测点链路B两条链路。
两条链路分别采集该节目I帧的PTS和特征值集合上报到对比服务器。
对比服务器分别保存两条链路的特征值/PTS集合SETA和SETB。
根据节目源配置链路A作为源，则SETA作为源集合。链路B的SETB首先与SETA中的数据统计特征值进行同步。计算出两链路的时延（正常不重新编码都是0）。同步完成后，链路B每上报一个指纹，就用自己的PTS去SETA相同PTS所对应的特征值，对比两个特征值是否相同，不同则累计告警[3]。此比对过程中，存在源站点和监测点时间同步问题，为了实现精准的时间同步机制。采用基于音视频内容识别的方法进行同步，为了保证同步的准确，对高清节目每一帧画面进行18*20个区域的识别并对待同步的节点进行比对，同时采用动态缓存机制实现自适应同步。该机制能够在链路延时0-600秒范围内自适应，如果超过此范围，可以通过参数修改以适应更长的链路延时。
商业街设计理念 2.2.2二次快速同步比对机制
该机制首先进行系统再次同步并进行异态检测，然后对结果进行综合判断，如果仍比对不一致，系统产生比对不一致报警；如果二次判断节目同步，撤销报警，不再进行报警上报。为了避免因为假同步造成的误报，二次同步机制实现识别的区域为36*160块，更为精细，同时二次同步比对机制在1秒内容完成。
三、应用场景：
3.1IPTV直播视频流实时比对模式
在实际部署过程中，选在在节目源侧（A点），IPTV平台侧（B点），十地市BRAS侧（C点）及用户侧部（D点）署特征提取设备，进行端到端一致性比对。系统可支持IPTV直播视频流一对一和一对多两种比对模式。一对一为任意两个节点的直播视频流比对；一对多比对即直播信号源与IPTV平台及各个地市出流的比对。任意节点的IPTV直播视频流都可进行指纹特征的实时比对，及时发现异态和比对结果不一致的篡改信息。可选择任一比对视频画面进行播放，也可选择停止播放。
结束语：一致性比对方法和装置技术是通过内容一致性比对和音视频质量检测进行综合判断的一种应用手段，能够自动发现IPTV直播节目在网络中被篡改的风险，进而进行告警上报，但是对于被篡改后的节目当前只能依赖人工处理，依然存在一定的滞后性。通过研究IPTV节目源在IPTV平台分发原理，可打通IPTV一致性比对系统与IPTV平台的接口，当节目被篡改后，实现自动化处理。当节目A被
篡改后，将节目A替换为垫片或者停台信号。
参考文献
[1] lmtw/mzw/content/detail/id/167085/keyword_id/-1
[2] 王媛媛，詹远，白涛.有害音视频一致性检测方法的研究与实现[J]．中国人民公安大学学报（自然科学版），2016年第3期：83—88．
[3] 《基于人工智能的IPTV/OTT智能质量告警方法》 飞思达技术（北京）有限公司
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