袁三男, 吳立新, 嚴(yán)宇晨, 孫偉杰, 黃 勇

(1.上海電力大學(xué), 上海 200090; 2.上?？平娮有畔⒓夹g(shù)有限公司, 上海 200233)

IPTV監(jiān)管平臺(tái)是一個(gè)高度數(shù)字化、智能化、自動(dòng)化的監(jiān)管平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了對(duì)IPTV“全程監(jiān)控,全網(wǎng)監(jiān)管”的監(jiān)管目標(biāo)[1],保障了IPTV節(jié)目健康和播放安全,并且有效控制和引導(dǎo)節(jié)目輿論導(dǎo)向,制止不良節(jié)目和違規(guī)信息的傳播,保障人民群眾收聽收看的合法權(quán)益,維護(hù)網(wǎng)絡(luò)信息和文化安全。傳統(tǒng)的監(jiān)管方式主要是根據(jù)現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行匹配審查和人工審核兩種模式,對(duì)于出現(xiàn)過的違規(guī)現(xiàn)象可以直接匹配數(shù)據(jù)庫,而對(duì)于新發(fā)現(xiàn)的則需要人工審核來判定。隨著業(yè)務(wù)數(shù)量的提升,人工審核的效率逐漸成為制約發(fā)展的瓶頸。本文提出一種智能識(shí)別的監(jiān)管模式,在基于數(shù)據(jù)庫自動(dòng)識(shí)別的基礎(chǔ)上,通過深度學(xué)習(xí)方式對(duì)新出現(xiàn)的違規(guī)現(xiàn)象能有效地進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別,減少對(duì)人工審核的依賴性。

1 IPTV監(jiān)管系統(tǒng)主體架構(gòu)及其功能

IPTV監(jiān)管系統(tǒng)由中心監(jiān)管平臺(tái)、IPTV節(jié)目集成播控(二級(jí))監(jiān)管前端、運(yùn)營(yíng)商傳輸分發(fā)平臺(tái)(三級(jí))監(jiān)管前端、用戶終端(六級(jí))監(jiān)管前端、大屏幕顯示系統(tǒng)、相關(guān)附屬設(shè)備以及網(wǎng)絡(luò)和安全系統(tǒng)組成(主要包括計(jì)算服務(wù)器、存儲(chǔ)服務(wù)器、監(jiān)管采集前端設(shè)備、以太網(wǎng)交換機(jī)、防火墻等設(shè)備及監(jiān)測(cè)監(jiān)管應(yīng)用軟件[2])。其中,IPTV中心監(jiān)管平臺(tái)采用云計(jì)算技術(shù),所有計(jì)算服務(wù)器納入虛擬化資源池,合理調(diào)配系統(tǒng)資源,并采用分布式存儲(chǔ)技術(shù)[3],更安全地保護(hù)系統(tǒng)數(shù)據(jù),增加容災(zāi)能力。

整個(gè)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)分為4層:支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)處理層和用戶交互層[4],如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邏輯架構(gòu)

支撐層由數(shù)據(jù)庫、服務(wù)器、防火墻和交換機(jī)等硬件設(shè)施構(gòu)成,是整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ),通過安全、可靠的鏈路結(jié)構(gòu),集成監(jiān)管中心系統(tǒng)所有計(jì)算服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、安全保障設(shè)備、存儲(chǔ)服務(wù)器等。

數(shù)據(jù)層包括針對(duì)節(jié)目源數(shù)據(jù)的二、三級(jí)前端和針對(duì)用戶數(shù)據(jù)的終端用戶監(jiān)管前端,各端采集的數(shù)據(jù)作為一層一層的節(jié)點(diǎn)構(gòu)成龐大的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。 其中,二、三級(jí)監(jiān)管前端通過電子節(jié)目菜單(Electronic Program Guide,EPG)信息采集、直播頻道采集、點(diǎn)播節(jié)目采集,并將采集內(nèi)容傳到IPTV 中心監(jiān)管平臺(tái)進(jìn)行處理,實(shí)現(xiàn)對(duì)節(jié)目源的數(shù)據(jù)監(jiān)察。終端用戶監(jiān)管前端是數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的最后環(huán)節(jié)也是最重要的環(huán)節(jié),可以真實(shí)有效地將用戶看到的節(jié)目數(shù)據(jù)進(jìn)行采集對(duì)比,還能監(jiān)測(cè)隱藏頻道和播出事故等作用。

業(yè)務(wù)處理層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析和儲(chǔ)存,數(shù)據(jù)層龐大數(shù)據(jù)匯聚在中心平臺(tái)進(jìn)行處理。數(shù)據(jù)處理分為兩個(gè)方面:一方面是安全播出監(jiān)測(cè)[5],主要包括靜幀、黑場(chǎng)、無伴音以及彩場(chǎng)等;另一方面是違規(guī)識(shí)別,主要包括EPG信息對(duì)比、碼流監(jiān)測(cè)、頻道監(jiān)測(cè)等。

用戶交互層起人機(jī)交互的作用,主要包括節(jié)目監(jiān)看(提供大屏監(jiān)看以及多屏監(jiān)看)、報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析、系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)查看以及用戶的權(quán)限設(shè)置等。

2 終端用戶監(jiān)管前端功能及其實(shí)現(xiàn)流程

終端用戶監(jiān)管前端通過網(wǎng)絡(luò)爬蟲技術(shù)獲取終端用戶的 EPG 信息和節(jié)目音頻、視頻內(nèi)容信息[6],及時(shí)發(fā)現(xiàn)違規(guī)節(jié)目并回傳到IPTV監(jiān)管中心平臺(tái)。其具體功能主要分為兩方面:一是節(jié)目跟蹤,二是違規(guī)檢測(cè)。

2.1 節(jié)目跟蹤實(shí)現(xiàn)流程

節(jié)目跟蹤模塊將自動(dòng)對(duì)用戶直播、點(diǎn)播、回看等業(yè)務(wù)的EPG信息進(jìn)行采集和回傳,對(duì)采集的EPG信息進(jìn)行系統(tǒng)的分類條目化然后存儲(chǔ)在存儲(chǔ)服務(wù)器里。條目化后的EPG信息更容易進(jìn)行比對(duì)和變更。

完整的節(jié)目跟蹤流程分為3個(gè)步驟,具體如圖2所示。

圖2 節(jié)目跟蹤流程

第1步是監(jiān)管前端采集EPG數(shù)據(jù)信息然后將數(shù)據(jù)回傳給節(jié)目變更功能模塊[7]。

第2步則是節(jié)目信息的對(duì)比,分為自動(dòng)對(duì)比(程序自動(dòng)循環(huán)對(duì)比)和手動(dòng)對(duì)比(可以指定相關(guān)節(jié)目進(jìn)行對(duì)比)。針對(duì)節(jié)目頻道數(shù)量較少的直播業(yè)務(wù)可以使用實(shí)時(shí)對(duì)比方式,根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)信息從原有數(shù)據(jù)庫中調(diào)取對(duì)應(yīng)的頻道數(shù)據(jù),然后對(duì)比是否一致,若不一致則發(fā)送節(jié)目變更信息。節(jié)目數(shù)量巨大的點(diǎn)播業(yè)務(wù)可以使用按批次的對(duì)比方式,每次讀取部分批次對(duì)比看是否一致,不一致則進(jìn)行變更,一致則讀取下一批次,直至所有批次全部讀取并完成對(duì)比。分批次對(duì)比可以有效減少計(jì)算量,提高計(jì)算效率。

第3步是數(shù)據(jù)庫方面的存儲(chǔ)變更。根據(jù)節(jié)目變更模塊發(fā)送的變更信息替換掉原有的節(jié)目信息,實(shí)現(xiàn)節(jié)目?jī)?nèi)容的動(dòng)態(tài)跟蹤。

2.2 違規(guī)檢測(cè)實(shí)現(xiàn)流程

違規(guī)檢測(cè)模塊分為兩個(gè)方面:一是根據(jù)數(shù)據(jù)庫檢測(cè)違規(guī)節(jié)目;二是根據(jù)視頻內(nèi)容檢測(cè)違規(guī)節(jié)目。

違規(guī)檢測(cè)流程如圖3所示。

圖3 違規(guī)檢測(cè)流程

首先將終端用戶監(jiān)管端采集的用戶數(shù)據(jù)和二級(jí)監(jiān)管端采集的節(jié)目源數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,產(chǎn)生的增量信息代表著隱藏頻道。然后將EPG信息送入違規(guī)節(jié)目檢測(cè)數(shù)據(jù)庫,檢測(cè)是否是審批通過節(jié)目,接著檢測(cè)是否是已有違規(guī)節(jié)目,最后根據(jù)敏感關(guān)鍵詞等條目審核疑似的違規(guī)節(jié)目。

視頻內(nèi)容檢測(cè)是通過視頻比對(duì)模塊,根據(jù)六級(jí)監(jiān)管前端發(fā)送的視頻信息檢測(cè)相關(guān)違規(guī)現(xiàn)象。視頻比對(duì)模塊一般采用基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的圖像識(shí)別技術(shù),通過深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)將圖像特征提取出來,例如臺(tái)標(biāo)識(shí)別、人臉識(shí)別、靜幀和黑屏識(shí)別等都是根據(jù)相對(duì)應(yīng)的圖像特征和模板特征對(duì)比,符合一定相似度則認(rèn)為是產(chǎn)生了違規(guī)現(xiàn)象。

(1) 臺(tái)標(biāo)檢測(cè) 使用深度學(xué)習(xí)模型,利用SIFT特征算子匹配的方法,相比基于圖像灰度的HU不變矩方法,匹配成功率從36.81%提升到了89.01%,減少了背景、旋轉(zhuǎn)、灰度、位移等噪聲對(duì)臺(tái)標(biāo)的識(shí)別影響[8]。

(2) 人臉檢測(cè) 基于深度學(xué)習(xí)模型FaceNet網(wǎng)絡(luò)人臉識(shí)別的準(zhǔn)確率高達(dá)93.46%,滿足絕大部分視頻場(chǎng)景的識(shí)別要求[9]。

(3) 靜幀、黑場(chǎng)檢測(cè) 利用靈敏度策略和抑制策略,對(duì)于不同節(jié)目?jī)?yōu)化靜幀、黑場(chǎng)識(shí)別的時(shí)間判別門限后,對(duì)200套節(jié)目進(jìn)行比對(duì),誤報(bào)次數(shù)從968次減少為66次,準(zhǔn)確率顯著提升。

最后,將違規(guī)檢測(cè)模塊檢測(cè)的違規(guī)業(yè)務(wù)提取相關(guān)的違規(guī)證據(jù),并送入審核流程(人工審核),審核結(jié)果錄入數(shù)據(jù)庫方便下一次數(shù)據(jù)調(diào)用。相比傳統(tǒng)監(jiān)管,在人工審核前進(jìn)行一次視頻流的智能識(shí)別,將可能產(chǎn)生的違規(guī)現(xiàn)象進(jìn)行了一次篩選,減少了人工審核的工作量,同時(shí)將新的違規(guī)內(nèi)容補(bǔ)充至數(shù)據(jù)庫,不斷提高識(shí)別準(zhǔn)確率,使得審核方式更加智能化。

3 云計(jì)算技術(shù)在數(shù)據(jù)計(jì)算和存儲(chǔ)中的應(yīng)用

云計(jì)算實(shí)際上是一種分布式計(jì)算的發(fā)展,整合了并行計(jì)算和網(wǎng)格計(jì)算的特征優(yōu)點(diǎn),是一種新的計(jì)算模式。由于IPTV業(yè)務(wù)龐大、數(shù)據(jù)繁雜,傳統(tǒng)計(jì)算方式難以應(yīng)對(duì),云計(jì)算這種新的計(jì)算模式能有效面對(duì)這種挑戰(zhàn),為平臺(tái)快速有效處理和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)提供支持。

IPTV監(jiān)管平臺(tái)主要是在數(shù)據(jù)計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)兩個(gè)方面運(yùn)用云計(jì)算技術(shù),分別是計(jì)算虛擬化技術(shù)[10]和分布式云存儲(chǔ)技術(shù)。

3.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)將一臺(tái)物理設(shè)備通過軟件設(shè)施虛擬為多臺(tái)邏輯設(shè)備,各臺(tái)邏輯虛擬機(jī)在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下獨(dú)自運(yùn)行,互不干涉。當(dāng)計(jì)算物理設(shè)備被虛擬化之后,計(jì)算資源也會(huì)被組合化。資源被調(diào)配時(shí)會(huì)忽略各服務(wù)器設(shè)備的差異,按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的邏輯虛擬機(jī)進(jìn)行分配資源。若一個(gè)服務(wù)器發(fā)生故障,對(duì)應(yīng)的虛擬機(jī)將會(huì)轉(zhuǎn)移到正常設(shè)備上,并不會(huì)影響計(jì)算,相當(dāng)于計(jì)算資源的減少而非真正意義上的應(yīng)用故障;同時(shí)對(duì)于計(jì)算負(fù)載高的設(shè)備,可以將部分計(jì)算負(fù)載分配給計(jì)算負(fù)載低的設(shè)備,避免了高負(fù)荷運(yùn)行的現(xiàn)象出現(xiàn)。虛擬化技術(shù)使得每臺(tái)服務(wù)器都能以最優(yōu)狀態(tài)運(yùn)行計(jì)算任務(wù),提高了計(jì)算效率。

3.2 云儲(chǔ)存技術(shù)

按照傳統(tǒng)的存儲(chǔ)技術(shù),數(shù)據(jù)將被集中存儲(chǔ)在中央存儲(chǔ)服務(wù)器中[11],硬件設(shè)施將成為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量的限制條件,同時(shí)集中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)考驗(yàn)服務(wù)器的容災(zāi)能力,難以滿足大規(guī)模存儲(chǔ)應(yīng)用的需要。云存儲(chǔ)技術(shù)可以將存儲(chǔ)資源分散到各個(gè)虛擬化的存儲(chǔ)服務(wù)器上,并且將這些資源以存儲(chǔ)池的形式集中起來,實(shí)現(xiàn)資源的協(xié)同工作。外部調(diào)用資源不是調(diào)用單獨(dú)的存儲(chǔ)服務(wù)器,而是從整個(gè)資源池中隨意調(diào)用,因而可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的大量存儲(chǔ)和快速調(diào)用。由于數(shù)據(jù)是存儲(chǔ)在各個(gè)服務(wù)器中的,所以不會(huì)因?yàn)槭鹿识鴮?dǎo)致所有數(shù)據(jù)的流失,再加上數(shù)據(jù)的備份和其他防災(zāi)措施,均提高了數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的安全性和穩(wěn)定性。

4 結(jié) 語

本文針對(duì)國(guó)內(nèi)IPTV實(shí)際情況提出了IPTV節(jié)目監(jiān)管系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)原理和總體系統(tǒng)架構(gòu)。對(duì)IPTV節(jié)目?jī)?nèi)容監(jiān)管系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集、違規(guī)節(jié)目的智能識(shí)別、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云架構(gòu)平臺(tái)等都做了分別闡述。新的IPTV監(jiān)管系統(tǒng)基于嵌入式系統(tǒng)的智能識(shí)別和云計(jì)算平臺(tái)的應(yīng)用,與傳統(tǒng)監(jiān)管方式相比,處理業(yè)務(wù)效率更高,識(shí)別準(zhǔn)確度更高,應(yīng)對(duì)故障能力更強(qiáng)。隨著IPTV快速發(fā)展,IPTV監(jiān)管平臺(tái)也需要與時(shí)俱進(jìn),不斷完善健全,構(gòu)造積極、健康、安全的IPTV業(yè)務(wù)。