IPTV流媒体技术的安全视频点播VOD系统的研究

王迪　王清晨　刘宇　杨硕　陈彪

关键词：IPv6；信息安全；视频点播；流媒体技术

1研究背景

信息安全越来越受到关注，而信息安全往往与每个人是紧密相连的。以往都是通过下发文件、培训学习、管理条例等方式来进行员工信息安全教育，员工只能被动接受.效果不太明显。而使用多媒体滚动播放的方式，利用生动的视频资源能够传达一切必要的信息安全防护知识。通过竞技或者带入模式，能够使员工切身参与到日常的信息安全防护场景中，这样更能直观地加强相关方面的认知和记忆。通过多媒体点播的方式，不仅可以提高员工的自主自发性，还能提升发现问题、分析问题、参与解决问题的探索精神。从技术层面来讲，网络技术的革新使得IPv6已经慢慢投入实际网络使用中。综上所述，以先进的网络技术为背景，研发一种IPv6多媒体信息安全视频点播系统，是十分必要和可行的。

2研究目的及意义

为了维护网络安全和生产安全，提高员工依法上网、文明上网、安全上网的意识，通常会在公司公共区域的大屏或电视上滚动播放相关资料和条规。这样的宣传方式无法实现统一的管理，我们只是把宣传资料发下去了，我们监管不到终端大屏的播放内容，存在一定管理漏洞，不利于安全意识的宣传。

利用現有的互联网技术，搭建一种能够满足信息安全视频播放、竞答、下载、交流为目的的视频点播系统，将信息安全宣传以多媒体视频宣传和员工参与的方式相结合，是具有特色性的。

从技术上来说，IPv6比IPv4在服务质量（QOS）有很大提升。为了网络中的服务质量，IPv6提供多种QOs解决方式。同时，也大大加强了组播方面的功能，有效提升了网络带宽的利用率。建设IPv6流媒体技术的信息安全视频点播系统，利用现有互联网技术实现快速便捷的信息交互，以便于沟通信息和远程协同科研，从而增强员工信息安全意识和提升防御能力。

3点播系统的简单介绍

视频点播系统的面世，实现使用者按自己需求和喜好来主动地、有选择性地获取多媒体资源的愿望，其发展可以分为三个阶段：

第一阶段的使用方式是VCD或磁带等，这种方式需要人工操作播放、停止等按键，整体稳定性不好，不能多点播放。随着技术的发展，点播系统实现了通过互联网将个人点播需求发送到资源服务器，然后由服务器端展现点播内容。这种方式需要整合一批多媒体资源并将资源存放到稳定的服务硬盘中去，需要稳定的服务器环境和大容量的磁盘空间。随着流媒体技术的使用和互联网技术的发展，第三代的视频点播系统已经可以分布式处理大数据流的并发请求，使用范围广，维护成本低。

在互联网环境中使用IPv6点播系统进行流媒体资源的交换是具有先进性的。IPv6崭新的地址结构保证了IP地址池的充足，IPv6技术背景下可以带来很多互联网建设方面的技术革新，例如选路效率的提高、数据吞吐量的提高，这些技术提升都是流媒体对大规模信息数据传输的需要。在安全上，IPv6提出了IPSec协议。IPv6协议能够提供数据流标签，满足实时数据传输。能够改善数据传输过程中的延迟和抖动。IPv6协议进一步改进了多播寻址方式，可以把多播路由限制在给定的范围内。当然，服务质量的多样性也同样被不同用户需求，IPv6协议所提供的流量识别能够满足属于特定用户的特定需求，提供多元化的点播服务。

4视频点播系统的原理及技术

本文标题中的VOD就是视频点播，是结合现有的计算机、互联网、对媒体、数字信息化、压缩存储等多方面技术相结合而诞生的一种技术应用。

新技术的革新，在不断解决对大容量存储服务器和大带宽依赖度，保证多媒体资源的实时传输。在一套完整的视频点播系统中，服务器一般由存储模块、编码模块、管理模块、资源模块和控制模块组成。存储模块需要大容量设备进行多媒体资源的压缩和存放；编码模块可以将多媒体资源转码成可播放的影音文件格式；管理模块是管理员进行后台管理、用户管理以及整个系统的后台维护工作；资源模块主要是对用户提供多媒体资源的呈现方式，以及与用户参与者的互动模式；流媒体控制模块是为满足流媒体资源的传输控制、点播并发控制等核心工作。

5 IPv6流媒体视频点播的实现

5.1 IPv6协议新特性

（1）报文结构。IPv6拥有比IPv4更简单的报头结构类型，通常的组成方式是一个基本报头和多个扩展报头，基本报头中囊括了每个路由器都需要处理的信息。为了减少处理器的压力和增加带宽利用率，IPv6对数据报头作了很大的简化。

（2）地址范围。IPv6拥有128位地址长度，这样就拥有一个广阔的IP地址池。可以完全替代现有的IPv4模式下的IP使用规模。

（3）配址方式。IPv6节点通过地址自动配置得到IPv6地址和网关地址。IPv6协议支持地址自动配置，这是一种即插即用的机制。

（4） QOS。IPv6有更好的服务质量。IPv6的包头结构特性使得优先级字段可以定义256个级别，实现了针对多媒体信息的优先级确定，提升了服务质量。

（5）安全性。IPv6协议中集成了IPSec协议，这样的配置不仅实现了IP级的安全，同时也确保了网络层端到端通信的安全可靠。

（6）可扩展性。IPv6将IP地址池从32位扩展到128位长度，这样在实际的地址分配中可提供大量的IP地址层次、可寻址节点数以及更便捷的自动配置地址需求。

（7）可移动性。IPv6完全实现了路由优化，彻底解决路由三角问题，可以忽略异地代理的影响，并且提供了足够的地址资源实现了IP的实际应用。

5.2 IPv6的VOD系统的关键技术

用户在使用点播系统时，客户端会将接收到的请求命令数据包进行缓存，同时也开始基于命令信息创建源文件，对所需多媒体资源优先进行缓存动作。当网络发生阻塞影响我们实时获取多媒体资源的速度时，就会调用我们提前缓存好的多媒体资源，这样就保证了用户在使用过程中的播放连续性，实现了边缓存边播放的功能，提升服务质量。

Push（推）模式是一种基于客户器／服务器的使用模式，是通过服务器端主动下发到通信的客户终端机器上的一种技术机制。Push机制拥有良好的主动性和实时性，能够快速地与可通信客户端建立联系。但这种主动的机制在精确性方面有所欠缺，很多时候并不能完全满足用户的需求。

Pull（拉）模式是完全由客户端主动发起的一种请求机制，与Push是相反的一种技术模式。这种模式下，服务器需要把信息放在指定的地址上，包括IP信息和端口信息。然后终端用户通过客户端向该地址发送请求，基于个人需求来获取资源，相当于主动拉取一些资源。Pull机制在准确获取自己所需资源的同时还对服务器进行了反馈，但实时性较Push模式有一定差异。

5.3基于IPv6的流媒体视频点播系统需求分析

本次所研发的基于计算机网络的视频点播系统，主要是在网络上传输高质量的视频、图像、语音、数据等资源，包括常见的MPEG1、MPEG2、MPEG4、ASF、AVI、MPC、H261等资源格式。本设计使用新的IPv6网络协议，国际标准的HTTP传输协议，能够适用于复杂的网络环境中，适用性比较广。

本单位现有的网络硬件建设中，已经建成了符合现代数字化要求的高性能、高效率的互联网环境，并在部分小的局域网已经搭建了IPv6网络实验室。为了资源的综合利用，利用现有的计算机、网络设备、互联网环境等资源来搭建一套IPv6的流媒体视频点播（VOD）系统，要求本系统需要至少提供1000并发流（用户）同时在线点播服务能力，要拥有网络视频广播的能力和网络视频直播互动的能力，要拥有丰富的信息安全资源库和信息安全互动的操作平台。具体的功能需求应该包括以下内容：

（1）本系统要拥有强大的兼容性能。能够支持现有的国内和国际的协议标准。要兼容播放符合国际标准和前沿技术的多媒体资源格式，多媒体资源不限于文档、影视作品、动画展示、图片展示等。

（2）支持各种视频源的接入，在不安装任何插件的前提下能够使用一种播放器进行视频资源播放，并且开机能直接进入指定频道。

（3）需要有互动功能，能够参与答题挑战、参与在线留言。

（4）能够实时监控服务器的工作状态，包括系统资源占用率、流量以及带宽占用等动态信息。

（5）要能够独立形成一套完整的系统，要拥有服务器系统、多媒体资源播放的传输控制系统、管理系统以及编码解码器。同时也有多媒体资源的存储环境。

（6）要保证安全性和保密性，拥有信息安全保护机制。

（7）制定兼容的视频发布协议和视频播放通道，采用智能适应流传输协议，确保带宽资源的最高利用率。

（8）服务器部署方面，要支持多网卡数据输出，实施管理统一标准。

6总体设计

基于IPv6的媒體流视频点播系统是实现视频上传和视频发布的过程。设计中采用客户端／服务器模式，拥有一套完整的服务体系，拥有独立的服务器模块。满足了视频播放的流畅性、支持各种视频源的接入、支持一屏多画面的展示功能，同时解决了多媒体资源格式的兼容性问题，保证了系统的安全性和存储空间的可拓性。

下图所示，是本文所设计的视频点播系统的工作拓扑结构，设计的思想主要侧重在IPv6环境下视频的发布和传输。

综合单位实际的需求来看，本文所研究设计的IPv6流媒体技术的安全VOD视频点播系统主要实现以下功能：

（1）多媒体资源的上传功能，包括视频、图片、动画、音频、技术文档等，多媒体资源的在线编辑和管理功能。

（2）多媒体资源库中的搜索、添加、发布功能，以及发布内容自主编辑功能，互动模块的编辑和设定。

（3）后台管理功能，包括对用户以及用户组的管理、多媒体资源库的管理、展示界面的管理、栏目管理、接入频道的管理等。

（4）播放端播放功能设定，播放界面模块区分，支持一屏多画，支持多视频源接入，支持互动环节模块设定，支持内容在线录取和回放等设置。

VOD点播系统采用三层架构模式，点播方式采用B/S模式，主要分为以下几个模块：多媒体资源管理模块、多媒体资源检索和管理模块、系统管理模块、播放管理模块等。

（1）多媒体资源管理模块，功能是在多媒体资源库对视频、音频、动画、图片、技术文档等进行增加和删除，以及资源分类、修改资源文件的格式，以及重命名方式、播放时间备注和视频创作者信息编辑等。还需要对多媒体资源进行上传管理和资源播放栏目管理。

（2）后台用户管理模块主要是对用户数据进行增加删除功能，以及对用户和用户组进行编辑和权限分配功能。

（3）多媒体资源检索和管理模块。在展示界面的设定搜索功能，播放界面弹出框指引性功能，同时可按分类、播放量、互动性排名来进行点播资源的选择。这样满足用户在播放器端进行准确性检索、点播节目查询、喜好性播放等特色功能。

（4）系统管理模块。包括系统设计、使用者权限管理、系统服务器功能属性设定，播放器端信息属性设定，点播系统的运行维护通告和时间设定等功能。

7研究总结与展望

本文研究的最终目标是搭建一个以IPv6技术为背景的流媒体视频播放平台，主要为了实现信息安全教育视频的统一播放和集中管理功能，同时让信息安全教育由被动型转为主动型，提高公司员工的网络安全意识和生产安全意识。现阶段互联网应用环境主要还是以IPv4为主导的，IPv6技术的应用大多数还是停留在实验或者研发性阶段。对于IPv6互联网点播系统上的应用优势是有目共睹的，IPv6技术环境下的视频点播系统是发展的必要方向，但本文的内容还需要更进一步的完善和研究。

作者简介：王迪（1983— ），汉族，江苏滨海人，本科，工程师，技师，研究方向：电力系统信息安全管理。