韓爭艷，魚蘇立，劉 斌，張小強，田程軍，曾 強

（中國移動通信集團陜西有限公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測，主要實現(xiàn)對全量互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流各傳輸節(jié)點質(zhì)量的實時監(jiān)測，通過聲光告警形式上報異常事件，同時支持分屏多畫面實時監(jiān)測及動態(tài)校驗，可以縮短故障定位時長，提高監(jiān)控人員工作效率，提升互聯(lián)網(wǎng)電視直播頻道的安播、異常事件監(jiān)測及校驗的時效性。實現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)電視全量視頻流的云、管、端全流程實時監(jiān)測，主要包括視頻源信號、傳輸節(jié)點、魔百盒側(cè)節(jié)目等質(zhì)量，同時根據(jù)節(jié)目告警觸發(fā)電視平臺網(wǎng)絡(luò)、傳輸、硬件性能等監(jiān)測，快速定位節(jié)目源質(zhì)差點，并提供質(zhì)差原因定位支撐，提高視頻流端到端質(zhì)量，提升互聯(lián)網(wǎng)電視用戶觀看感知。

1 互聯(lián)網(wǎng)電視視頻源監(jiān)測存在的問題

當(dāng)前，市場上針對電視視頻源監(jiān)測的手段主要存在如下問題。

（1）缺少傳輸管道及端到端的關(guān)聯(lián)監(jiān)測分析[1-2]。當(dāng)前，針對互聯(lián)網(wǎng)電視視頻源的監(jiān)測手段主要集中于對視頻畫面質(zhì)量以及視頻流質(zhì)量的監(jiān)控，僅僅針對電視視頻流本身進行監(jiān)測分析，缺乏針對傳輸管道、終端以及服務(wù)器的端到端實時監(jiān)測的手段，無法做到對視頻流端到端整體質(zhì)量的實時監(jiān)測與關(guān)聯(lián)分析。

（2）告警呈現(xiàn)形式不足。當(dāng)前，系統(tǒng)報警呈現(xiàn)主要有聲音告警和文字告警兩種形式。而這兩種形式均需要屏幕承載進行顯示，不僅存在空間上的局限性，而且需要人工進行肉眼觀看，無法起到系統(tǒng)應(yīng)該具備的自動值守、自智監(jiān)控的作用。同時，當(dāng)報警較多，量變引發(fā)質(zhì)變，較多的報警一直顯示，監(jiān)控人員無法迅速、準確地從諸多監(jiān)測頻道中圈定錯誤頻道范圍，而且告警的觸發(fā)是串行處理，多個告警無法并行，導(dǎo)致告警的時效性也不佳。這樣的報警機制無法發(fā)揮其作用，監(jiān)控人員也無法迅速發(fā)現(xiàn)錯誤、定位錯誤并及時解決問題。

2 互聯(lián)網(wǎng)電視視頻源端到端質(zhì)量實時監(jiān)測思路及方案

互聯(lián)網(wǎng)電視視頻源端到端質(zhì)量實時監(jiān)測通過對播控平臺輸入節(jié)點、業(yè)務(wù)系統(tǒng)輸出節(jié)點、用戶終端側(cè)信號進行監(jiān)聽監(jiān)看及異態(tài)錄制，視頻源異常告警信息上報集中故障告警平臺，實現(xiàn)秒級視頻流異態(tài)發(fā)現(xiàn)。同時配合自主研發(fā)的可視化聲光告警技術(shù)，實現(xiàn)視頻流的大屏可視化告警監(jiān)控。系統(tǒng)建立分鐘級視頻流質(zhì)量閉環(huán)處置機制，在進行視頻流質(zhì)量監(jiān)測的同時，對電視視頻流內(nèi)容庫、分發(fā)平臺進行網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、傳輸鏈路及硬件性能實時監(jiān)測，及時定位網(wǎng)絡(luò)、傳輸鏈路、硬件性能（壞盤、慢盤）等原因造成的視頻流質(zhì)差現(xiàn)象。

互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)采用分布式架構(gòu)設(shè)計，如圖1所示，通過多畫面直播拉流監(jiān)測工具，根據(jù)ETSITR101290碼流層指標監(jiān)測標準，對多節(jié)點節(jié)目進行實時監(jiān)測，輸出告警?；趃olang語言構(gòu)建自動化監(jiān)測程序，部署于堡壘機，通過安全殼（Secure Shell ，SSH）協(xié)議連接、登錄互聯(lián)網(wǎng)電視直播頻道安播平臺，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)采集以及內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（Content Delivery Network，CDN）自動化運維的能力。系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)、傳輸鏈路及硬件設(shè)備主動監(jiān)測（主動實時下發(fā)）、周期性自動巡檢（設(shè)定周期自動巡檢）兩種運行模式。系統(tǒng)具備指標的快速分析、判斷并結(jié)合經(jīng)驗值形成原因智能分析，建立多個場景的數(shù)據(jù)智能分析、診斷、關(guān)聯(lián)能力。

圖1 互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 實時監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢

3.1 多畫面等比例分屏算法

互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)的可視化監(jiān)控能力采用“畫面等比例分屏布局算法”。算法支持任意數(shù)量n的視頻流畫面進行等比例布局呈現(xiàn)，具備n個窗口的合理化布局、自動化處理功能；具備各種分屏需求數(shù)據(jù)采樣訓(xùn)練、自定義窗口布局、分屏計算。無論后期添加多少套節(jié)目，畫面都可以合理地生成排布方式，具有良好的擴展性和可用性。

該算法保證分屏的合理性、界面的可觀賞性，同時排除了傳統(tǒng)排布方式可能造成的圖像拉伸或者壓縮失真的問題；界面具備音、視同屏監(jiān)控，包括雙向聲道音柱動態(tài)監(jiān)控、高清節(jié)目流界面播放能力[3]；雙向聲道音柱，使用基于TR101 290視頻指標規(guī)范計算用戶音量感知健康度，同時用綠色代表健康、黃色代表質(zhì)差、紅色代表故障，進行界面著色可視化管理。

3.2 圖像對比算法

針對電視視頻流質(zhì)量的“圖像監(jiān)測”“碼流識別分析”是該實時監(jiān)測系統(tǒng)最主要的功能體現(xiàn)，能準確、高效、穩(wěn)定地監(jiān)控運行及告警，是整個系統(tǒng)價值的直接體現(xiàn)。視頻比對算法對于圖像的采樣，以前采用的是均勻掃描采樣，并不能很好地獲得圖像特征，同時使得采樣的數(shù)據(jù)集較大。新的算法以香農(nóng)定律中圖像信息熵為基礎(chǔ)，通過學(xué)習(xí)得到圖像信息、畫面狀態(tài)熵大的區(qū)域，然后對這些區(qū)域進行抽樣，從而達到降低抽樣數(shù)量并且提供抽樣合理性的目的[4]。

本文所述算法在保證界面比對效果的前提下，完全改變了圖像指紋的建模方式，使得用更少且更專業(yè)的數(shù)據(jù)來表示圖像特征及圖像質(zhì)量，使系統(tǒng)在多路頻道并行監(jiān)測處理上更加高效，同時降低了數(shù)據(jù)運算量、數(shù)據(jù)判斷場景，從而使系統(tǒng)出錯的概率降低，穩(wěn)定性提高。

新的算法模型存儲的數(shù)據(jù)量更小，具備快速樣本訓(xùn)練、場景迭代、規(guī)則優(yōu)化能力，提高了“圖像比對”結(jié)果的準確性。通過現(xiàn)網(wǎng)部署應(yīng)用測試，算法準確率提升了9.5%。

3.3 聲光語音告警技術(shù)

系統(tǒng)基于告警參數(shù)的語音合成技術(shù)，以語音播報的方式實現(xiàn)直播視頻源故障的及時提醒及處置，最大程度解決了故障發(fā)現(xiàn)“時效性”的問題。

當(dāng)節(jié)目出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)立刻進行語音報警提示用戶，告警提示音包括“XXX頻道信號中斷”“XXX節(jié)目出現(xiàn)劣化”“XXX平臺XX節(jié)目出現(xiàn)故障”等語音提醒。同理，告警恢復(fù)時，系統(tǒng)會自動播報對應(yīng)頻道、平臺故障恢復(fù)提醒。

屏幕菜單式調(diào)節(jié)方式（On Screen Display，OSD）字符報警為光顯告警，當(dāng)節(jié)目出現(xiàn)故障時，畫面顯示框內(nèi)會有紅色字符顯示，如“信號中斷”，同時，顯示框上有紅色提示框間隔閃爍，提醒用戶。

3.4 直播內(nèi)容庫自動巡檢技術(shù)

為了實現(xiàn)電視視頻流端到端的質(zhì)量實時監(jiān)測巡檢，同時實現(xiàn)告警問題的快速診斷分析，系統(tǒng)基于golang語言構(gòu)建電視業(yè)務(wù)平臺的自動化巡檢程序。程序部署在堡壘機上，通過SSH協(xié)議連接、登錄到存儲電視視頻流的CDN服務(wù)器，實現(xiàn)巡檢數(shù)據(jù)采集以及CDN自動化運維能力[3]。

巡檢程序具有主動巡檢（主動實時下發(fā)）、周期性自動巡檢（設(shè)定周期自動巡檢）兩種運行模式。通過采集存儲電視視頻流的CDN服務(wù)器的性能參數(shù)（中央處理器、內(nèi)存、快/慢盤）指標、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量指標[4]（網(wǎng)絡(luò)丟包、網(wǎng)絡(luò)時延），實現(xiàn)與電視視頻流圖像層監(jiān)控結(jié)果進行快速的關(guān)聯(lián)分析，實現(xiàn)對服務(wù)器問題、視頻流問題、網(wǎng)絡(luò)問題等問題現(xiàn)象的智能識別與判斷。

4 互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測整體評估

互聯(lián)網(wǎng)電視視頻流端到端質(zhì)量實時監(jiān)測系統(tǒng)[5]具備對多種網(wǎng)絡(luò)主流流媒體協(xié)議如超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）、用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）、實時流傳輸協(xié)議（Real Time Streaming Protocol，RTSP）、實時消息傳輸協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、基于HTTP的自適應(yīng)碼率流媒體傳輸（HTTP Live Streaming，HLS）等的視音頻信號監(jiān)測能力，對多種流媒體協(xié)議視音頻信號的接收和處理能力，可以直接接入視頻源信號地址監(jiān)測，實現(xiàn)對節(jié)目內(nèi)容的分析。

系統(tǒng)支持對主流網(wǎng)絡(luò)編碼的解碼監(jiān)測分析能力[6]，包括對AVS+、H.264、MPEG-2、AVS等協(xié)議的高標清視頻解碼，支持MP2、MP3、AC3、AAC等格式的音頻解碼[7]，支持4K視音頻信號的接入和監(jiān)測。

系統(tǒng)具備良好的可擴展性及兼容性?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)電視新技術(shù)、新業(yè)務(wù)的發(fā)展和應(yīng)用規(guī)模的不斷擴大，系統(tǒng)不僅能夠滿足當(dāng)前互聯(lián)網(wǎng)電視安全播出監(jiān)測應(yīng)用需求，并且滿足以后建設(shè)需要，具有較強的新增監(jiān)測業(yè)務(wù)功能和監(jiān)測規(guī)模擴容的可擴展性和應(yīng)用系統(tǒng)、設(shè)備（軟件和硬件）的平滑升級和過渡能力，滿足以后多類場景的應(yīng)用和發(fā)展需要，能夠在系統(tǒng)應(yīng)用中的擴容和升級中，最大限度地保護建設(shè)投資的有效和安全。

5 結(jié) 語

借助5G東風(fēng)，互聯(lián)網(wǎng)電視將迎來進一步的發(fā)展。以移動互聯(lián)網(wǎng)為代表的各類新興媒體迅速崛起，其發(fā)展速度之快、規(guī)模之大，令傳統(tǒng)媒體望塵莫及。新媒體監(jiān)測是在原有傳統(tǒng)類信號監(jiān)測基礎(chǔ)上，在有線、無線信號傳輸方式外，對網(wǎng)絡(luò)傳輸方式的一種擴展和延伸的監(jiān)測。網(wǎng)絡(luò)傳輸方式存在傳輸途徑和渠道多，協(xié)議規(guī)范和信號編碼類型多，傳輸環(huán)境或信號延遲時間長，信號易受攻擊或篡改等多種問題的影響。因此，新媒體的監(jiān)測將是一個新的研究方向和課題。