三网融合下的集成播控平台与技术

基金项目：国家高技术研究发展(“863”)计划(2011AA01A107863)

    长期以来，由于电视业务形态的不断演进、内容来源的多样化和传输方式的网络化，电视业务在广电、电信、互联网上的播控平台分别在不同的阶段形成，如图1所示。传统播控平台缺少统一的技术规范，各个播控平台相互分离，同时平台上的业务不能相互贯通，内容参差不齐，为业务运营带来较多限制；另外，传统播控平台多以人工对内容进行审查和监控，难以适应新形势下业务多样化、内容海量化的审查与监控需求。随着三网融合进程的发展，音视频业务逐渐呈现出内容多元化和跨网络服务的趋势，现有的以行业或业务类别为划分而建立起的各种播控平台在技术层面已不能满足三网融合下对音视频业务开展集成播控的需求。面对这一现状，需要设计三网融合下的集成播控平台以满足多源多网络下的电视播控需求、对各类终端提供音视频内容集成与播控服务。集成播控平台如图2所示。该平台主要涉及多源内容集成与管理、多网络内容适配与发布、多源多网络协同运营支撑。

1 集成播控平台总体架构
    三网融合新业态下，新型融合业务将具有跨网络、跨终端、强交互等新特性，具体表现为：

    (1)内容传输方式上，除传统的广播式传输外，点对点传输逐渐成为内容分发的主流方式。

    (2)内容呈现形式上，传统的广电线性播出形式逐渐被业务门户等内容非线性组织发布形式所取代。

    (3)网内内容的播放总量方面，新引入的海量视频点播内容(VOD)、用户创造内容(UGC)、富媒体内容等提高了内容管理的复杂度，也大大增加了播控单位对内容审核的开销。

    (4)用户行为方面，融合业务用户跨网络、跨终端的行为特征数据超出了现有系统对电视用户收视率数据和互联网用户行为数据进行统计和分析的功能范畴。

    综合上述特点，本文将研究三网融合下集成播控平台的定位，即平台与上游内容平台上的内容和业务提供商，以及下游网络平台上的用户终端间的关联关系、相关的业务流程和规范；还将研究集成播控平台内部的功能模块划分以及模块间的流程、接口规范和模块测试规范。

    本文将集成播控平台分解为3个系统：集成管理系统、播控管理系统和协同运营系统，分别解决内容与业务的集成审查问题、适配保护发布问题和运营支撑问题。集成播控平台总体架构如图3所示。接下来，本文将分别介绍这3个系统的组成、功能和相关技术。

2 集成管理系统

2.1 系统组成与功能
    集成管理系统主要负责面向三网融合的内容集成、审查和编排，业务集成和审查。内容集成子系统接收与收录频道提供商的信号，集成互动内容提供商的内容，主动抓取互联网的内容，实现元数据格式的一致性转换。内容审查子系统以计算机辅助人工的方式，对视频的内容和质量进行审查。类似地，业务集成和审查子系统针对各类互动增值应用业务进行集成与审查工作。通过审查后，编辑人员利用业务编排子系统进行节目、栏目的内容编排，生成相应的节目包，由该子系统实现节目包上下线管理。

    视频摘要生成子系统可以从视频内容中自动抽取有代表性、有意义的部分，将它们合并生成紧凑、简明扼要、用户可读并能充分表达视频内容的缩略形式[1]。视频摘要既可以辅助人工审查、编排，也可以作为一项服务提供给用户。支付子系统实现基于机顶盒浏览器的支付功能，为用户的消费提供便利的支付渠道。

2.2 集成管理系统关键技术
    本系统涉及以下关键技术：基于多模态信息的视频内容审查技术、基于内容的视频质量损伤检测技术、基于场景的视频摘要自动生成技术。

    基于多模态信息的视频内容审查技术主要用辅助人工来发现视频内容中的敏感信息。将输入视频分割生成关键帧和片断之后，提取多模态语义特征，经过与敏感内容数据库中的样本进行比对，判断其敏感性，并将机器判为敏感的内容和相关信息呈现给专业编辑，由他们进行人工判断。

    基于内容的视频质量损伤检测技术利用视频上下文信息，区别视频质量损伤和视频特效处理，并将判断结果加以标注输出，由专业编辑去判断视频质量是否出现异常(如马赛克、黑场、静帧、静音等)。

    基于场景的视频摘要自动生成技术首先对视频进行镜头切分，将一段视频表示成一个镜头序列，接着在每个镜头中提取一帧或几帧关键场景帧和视频片断来表示这个镜头，然后对这些镜头进行一系列的处理并挑选出最有代表性的一些镜头，最后生成一个完整的摘要呈现给用户。

3 播控管理系统

3.1 系统组成与功能
    播控管理系统主要针对融合业务进行适配、保护、发布以及监播，面向三网，为终端用户提供电子节目菜单(EPG)服务，并采集用户行为数据。内容转码子系统将音视频内容进行转码[2]，以保证内容在不同终端上的正常播放；可伸缩编码子系统是转码子系统在视频编码方面的一个扩展，该编码子系统基于H.264可伸缩视频编码(SVC)标准[3]，通过可重写的SVC编码方法，生成一种类似于SVC的码流，该码流可提供时间分辨率、空间分辨率和质量可伸缩，全面支持码流重写技术，这样转码子系统能以很小的代价，从一路码流中得到多路不同码率、不同质量的视频码流，分发给不同网络条件和终端播放能力的用户。

    在转码后的内容发布前，需要在内容中加入视频水印[4]，再经由数字版权管理子系统进行加密。视频水印有内容保护子系统生成，其目的是以数字签章的形式标识内容版权，并且可以自动检测内容是否被篡改。数字版权管理[5]通过对视频进行加密，并控制解密密钥的分发来解决视频被非法复制、传播等版权问题。

    视频经过转码、打水印和加密后，由业务发布子系统根据视频内容的编排信息，同步到EPG和边缘服务器。除此以外，其他融合业务也通过该发布子系统实现在EPG和边缘服务器上的部署、同步。业务监播子系统对接入播控平台并对外发布的直播信号进行实时监控，保证内容的合法性和质量，在出现意外时可以实现主备信号的无缝切换。

    来自不同终端的三网用户通过统一的用户认证访问EPG服务子系统，得到相应的EPG服务，可实现业务跨终端订购和多屏联动。用户的一系列行为数据由数据采集子系统收集，转化为统一的格式后放入数据仓库，为行为分析子系统提供数据源。

3.2 播控管理系统关键技术
    本系统主要涉及以下关键技术：适用于可调度转码的多粒度分割技术、多级可伸缩编码技术、基于多级小波分解和最小可察觉失真模型的视频水印技术、基于鲁棒水印和比特串承诺的多源内容盗版篡改责任认定技术等。

    三网融合下的集成播控平台既要面对各种形式的媒体内容来源，又要针对不同的目标传播平台进行内容适配，对内容的转码处理必不可少。转码集群利用设备数量优势，使用集中式的通用计算平台解决大数据量的转码计算问题，但目前集群转码产品的任务调度均基于文件级，至多只能让一个计算节点去完成一个转码任务，在调度策略上缺乏灵活性，无法优先快速执行紧急突发的转码任务。适用于可调度转码的多粒度分割技术将一个视频文件进行分解，通过音视频同步信息的共享与逐级调整策略，实现高并发情况下的多视频片段合并时的音视频重同步问题，从而避免任务由于分割所带来的转码质量劣化。同时，基于不同粒度的视频分割算法通过与转码计算单元属性特征参数等信息的结合，能够实现灵活的任务调度策略，从而大大优化转码系统的单文件转码倍速等核心指标。

    视频转码在视频格式和码率上实现内容对网络和终端的适配，如果终端都能够支持H.264/AVC的视频编码，那么视频只需调整码率即可达到适配效果。可伸缩编码(SVC)在基本层与H.264/AVC兼容的基础上，利用增强层提供时间层(帧率)、空间层(分辨率)以及质量层的可伸缩。在同一段码流中，可以根据网络实际带宽和终端的需要，通过码流重写，很方便的抽取出几段子码流，提供不同的时间分辨率、不同空间分辨率以及不同质量的视频码流。

    三网融合环境下，内容来源多样化，使用主体不可信，利用视频水印来实现内容保护、防篡改，以及事后的责任认定成为了一个主要的技术手段。为了保证视频水印的不可见性，水印的容量和强度必须低于一定的阈值；为了提高视频水印的鲁棒性，水印的容量和强度应该尽可能大。通过研究影响感知的两个心理生理学概念：视觉敏感度和视觉注意力，建立最小可察觉失真模型，从而获得水印容量和强度的阈值度量模式。此外，通过设计视频重要帧到比特串的映射函数以及对称加密算法、单向函数，得到视频的比特串承诺，在内容发生传播的两方之间彼此承诺，以便发生问题后进行责任认定。

4 协同运营系统

4.1 系统组成与功能
    协同运营系统对上对接内容、业务提供商运营支撑系统，实现用户定购信息和结算信息同步，对下对接网络运营商运营支撑系统，实现用户定购信息、产品信息、详单和结算信息同步。它实现协同管理用户与产品、用户认证与授权、协同计费、统一结算、行为分析，并进一步完成业务运营辅助决策。

4.2 协同运营系统关键技术
    本系统主要涉及以下关键技术：基于业务属性抽象分层的融合业务管理模型，以及支持兴趣时间变迁的自适应用户行为分析技术。

    融合业务的统一管理需要建立合适的多业务管理模型，实现核心业务集成的一致性管理。业务的定义可以分层逐步抽象：首先枚举实现该业务的转发、流化、计费、加/解密、业务展示、授权控制和受控组播等功能的业务设备，分析获得业务管理模块同这些业务设备通信实现用户业务受理请求下发所需的业务基本属性，从而获得实现该业务管理功能的设备类型集和基本业务属性集，对业务基本属性进行归纳和抽象生成业务属性，对设备类型进行抽象和归纳生成业务元素，并建立业务元素和业务属性间多对多的关联关系；其次，提取同类业务的共有属性，根据业务对业务设备的依赖关系，提炼出业务模板，以及业务模板同业务元素和业务属性的关系；接着，业务类型即对业务种类公共属性的抽象，每类业务都包含一个业务模板，并可以根据业务模板和业务核心属性值实例化出多个业务实例。

    作为个性化服务的基础和核心，用户兴趣模型的质量直接关系到个性化服务的质量。常见的用户兴趣模型，诸如加权矢量模型、类型层次结构模型、加权语义网模型、书签和目录结构模型等，一般只适用于相对不变的系统环境。三网融合下的集成播控平台上集成的内容、提供的服务会越来越多，用户的兴趣模型也需要进行更新，添加新的内容和领域。因此，支持兴趣时间变迁的自适应用户行为分析的关键在于建立支持迁移的用户兴趣模型，利用基于内容或者协同过滤的方法，分析预测用户的兴趣可能发生的变化。

5 结束语
    三网融合下的集成播控平台将为三网融合新业态下业务的跨网络集成播控提供技术支撑，为内容提供商、服务提供商、网络运营商的业务无缝集成、多源内容集成与管理、多网络内容适配与发布、跨域环境下的协同运营支撑等提供全套技术支撑系统。集成播控平台在正式运营和推广后，有助于催生健康、具备可持续发展能力的融合业务模式，不断优化产业链结构，将带来良好的示范效应和社会效益。

6 参考文献
[1] PRITCH Y, RAV-ACHA A, PELEG S. Nonchronological video synopsis and indexing [J]. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence,2008,30(11): 1971-1984.
[2] SUN Huifang, CHEN Xuemin, CHIANG Tihao. Digital video transcoding for transmission and storage [M]. New York, NY,USA:CRC Press, 2005.
[3] SCHWARZ H, WIEN M. The scalable video coding extension of the H.264/AVC standard [J]. IEEE Signal Processing Magazine, 2008,25(2): 135-141.
[4] COX I J, MILLER M L, BLOOM J A, et al. Digital watermarking and steganography [M]. 2nd ed. Amsterdam, Netherland: Morgan Kaufmann, 2008.
[5] ROSENBLATT B, TRIPPE B, MOONEY S. Digital rights management: Business and technology [M]. New York, NY,USA: Hungry Minds/John Wiley & Sons, 2001.
[6] COOPER J O, HERON T E, HEWARD W L. Applied behavior analysis [M]. 2nd ed. Upper Saddle River, NJ,USA: Prentice Hall, 2007.

收稿日期：2011-05-05

[摘要] 电视业务的传输网络已从有线电视网延伸到电信网、互联网，而相应的集成播控平台都是针对各自的业务需求建设而成，缺乏统一的技术规范与业务规范，不易管理与扩容。人工方式的内容审查和监控，难以适应三网融合形势下多样业务、海量内容的集成需求。现有的各自独立的播控平台难以支撑多内容、多业务提供商与多网络运营商之间的业务协作运营，内容版权没有保护机制。文章提出建设三网融合下的集成播控平台，研究相关技术，从内容集成、内容播控和协同运营3个方面来解决这些问题。

[关键词] 三网融合；集成播控；内容审查；内容保护；协同运营

[Abstract] With improving technologies, the transmission network of cable TV has extended to the telecom network and Internet. Integration and broadcasting platforms that are being built for business lack uniform technical and operation specifications and are not easy to manage and scale up. Manually censoring and monitoring content is insufficient for integrating business and mass content in tri-network convergence. Current broadcasting platforms are independent and unable to support business collaboration between content providers and network operators. There is also no mechanism for copyright protection. In this paper, we propose a platform for integration and broadcasting and research technologies that solve these problems from three aspects: content integration, content broadcasting and the collaborative operating.

[Keywords] tri-network convergence; integration and broadcasting; content censoring; content protection; collaboration operating