18、多媒体云的计费、网络与安全

多媒体云的计费、网络与安全

1. 特定领域计费

1.1 计费政策的权衡

设计任何类型服务的计费政策，都需要在简单性和准确性之间进行权衡。过于简单的计费模型往往让用户感到不公平，而过于复杂（但准确）的模型又会让用户困惑。一个设计良好的计费政策还应激励用户与系统进行交互。

1.2 不同计费模型分析

• 包月无限访问模式 ：这是多媒体流媒体服务最简单的计费政策，也是多媒体服务最早的支付模式。在有线电视时代，这种模式很合理，因为当时多媒体是广播式的，无论用户是否观看，广播价格都一样。它的优点是鼓励用户支付更多费用并访问更多内容，但缺点是对访问内容少的用户不公平。如今，人们更注重避免过度消费和长时间使用屏幕，因此希望有其他计费模式可供选择。
• 按内容或观看时间计费模式 ：随着数字版权管理（DRM）和数据记录技术的发展，这种更精细的计费政策成为常见做法。从高层次看，它似乎在简单性和实际流媒体成本的准确性之间取得了完美平衡。然而，由于不同内容的访问和流媒体成本不同，流媒体公司会将内容成本划分为多个价格类别。例如，每部电影的价格不同，同一部电影的高分辨率版本比低分辨率版本更贵。

1.3 更精细支付模型的需求

考虑这样一种情况：用户最初购买了高清直播流的访问权限，但后来网络连接中断，无法以高清质量观看。此时，流比特率应降低，用户没有得到所支付的服务。因此，需要开发更精细的支付模型。计费政策应反映实际资源使用情况，避免鼓励浪费性流媒体。例如，高分辨率和低分辨率流媒体对流媒体引擎的工作量要求差异很大，公平的定价模型应相应收取不同价格。在交互式视频流系统中，需要更多媒体任务处理服务的用户应为此额外付费。

1.4 按资源使用计费的激励作用

• 鼓励内容创作者创作简洁且引人入胜的内容，减少用户跳过无聊部分的可能性，提高内容质量并缩短媒体片段的时长。
• 减少为每个用户个性化内容所需的按需处理量。
• 可以根据内容可用性动态调整每个内容的定价。例如，视频A的高清版本缓存在本地内容分发网络（CDN）中，而视频B没有缓存。在传统的基于内容的定价中，用户没有观看视频A而不观看视频B的价格激励。但在按资源使用计费中，由于视频A的高清版本已缓存，基于实际资源使用计算的定价模型可以激励更多用户观看缓存版本。

以下是不同计费模型的对比表格：
| 计费模型 | 优点 | 缺点 |
| ---- | ---- | ---- |
| 包月无限访问模式 | 鼓励用户访问更多内容 | 对访问少的用户不公平 |
| 按内容或观看时间计费模式 | 更准确反映成本 | 内容价格类别复杂 |
| 按资源使用计费模式 | 激励高效流媒体，动态定价 | 实现相对复杂 |

2. 多媒体流媒体云的网络问题

2.1 网络限制挑战

使用云来交付多媒体内容的一个挑战是网络限制。为了提供高服务可用性和错误恢复能力，云服务器分布在多个区域，甚至每个区域有多个可用区。跨这些区域的延迟可能很高，因此高效的网络路由对于性能和成本都至关重要。不幸的是，云提供商通常不提供网络路由控制，客户只能依赖这种路由及其影响。

2.2 不同流媒体类型的网络策略

• 视频点播（VOD）流媒体 ：服务可用性比延迟更重要，因此这种流媒体形式从云服务中受益最大。
• 直播流媒体 ：延迟是最关键的因素之一，网络路由在增加或减少延迟方面起着重要作用。像Twitch这样的直播平台需要管理自己的基础设施和网络服务器，将频繁通信的服务器放在相同或相近的位置。为了利用云服务，直播平台通常采用混合方法，即一些服务（如摄取、转码和分发）在裸金属服务器上执行，而其他非计算密集型服务（如状态管理、目录等）在云中执行。幸运的是，云提供商通过一些快速网络通信解决方案（如AWS Direct Connect、PrivateLink等）支持这种混合方法，这些方案可以用物理网络电缆直接将多媒体客户的裸金属服务器连接到云服务器。

2.3 带宽成本问题

多媒体内容的请求和响应通过云网络传输并非免费，因此避免向云服务器重复请求内容可以显著节省成本。流媒体服务提供商通常使用多层缓存服务器（或CDN），如果播放器在边缘CDN中找不到内容，会在上层缓存服务器中查找，而不是直接访问云服务器。然而，CDN带宽成本也很高，通常占流媒体提供商运营成本的很大一部分。已经有一些研究致力于减少客户端的带宽浪费。

以下是不同流媒体类型网络策略的mermaid流程图：

graph LR
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    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px

    A([流媒体类型]):::startend --> B{VOD流媒体}:::process
    A --> C{直播流媒体}:::process
    B --> D(注重服务可用性, 云服务受益大):::process
    C --> E(注重低延迟, 管理自有网络):::process
    E --> F(混合方法: 部分服务裸金属, 部分服务云执行):::process
    F --> G(云提供商支持快速网络通信方案):::process

3. 多媒体流媒体的安全问题

3.1 隐私保护

3.1.1 隐私问题的产生

随着视频流媒体在各种显示设备上的普及，视频内容的隐私成为主要关注点。特别是直播内容，无论是视频监控还是用户直播，都会捕捉到许多不必要或不相关的内容，容易侵犯人们的隐私（如面部和车辆牌照）。

3.1.2 隐私保护技术

• 变换域或码流域加扰技术 ：Dufeaux等人介绍了两种在视频监控系统运行时模糊感兴趣区域的技术。第一种技术在编码过程中伪随机地翻转选定变换系数的符号；第二种技术伪随机地反转码流的一些比特。这些技术可以在不影响监控可理解性的情况下有效隐藏感兴趣区域的私人数据。
• 水印存储隐私信息框架 ：Zhang等人提出了一个将视频监控系统的隐私信息以水印形式存储的框架。该模型将签名嵌入视频头，并将授权个人信息嵌入视频，只有使用密钥才能检索。
• 基于加密的压缩算法 ：Carrillo等人引入了一种基于加密概念的视频监控系统压缩算法。该算法通过隐藏对象和人类的身份特征来保护隐私，在需要调查时可以使用解密密钥解密这些身份信息。
• 区分噪声和攻击的算法 ：为了应对直播视频内容通过无线媒体传输时容易被拦截和篡改，以及可能遭受拒绝服务（DOS）攻击的问题，有算法可以区分因噪声或攻击而损坏的数据包。算法在发送数据包前计算数据包中1或0的数量，并使用该计数生成消息认证码（MAC），将其附加到数据包末尾发送。接收数据包时，再次计算MAC并进行比较。如果MAC差异超过一定阈值，则将数据包标记为恶意并丢弃。

3.2 数字版权管理

3.2.1 版权问题的重要性

数字版权管理（DRM）在视频流媒体中尤为重要，特别是对于基于订阅的视频流媒体服务（如Netflix）和大型赞助直播活动。DRM的目标是控制内容访问、执行使用规则以及识别和认证内容来源。受DRM保护的内容通常作为使用许可出售，而不是内容本身。

3.2.2 DRM解决方案

DRM解决方案通常包括加密、水印和加密哈希等工具。DRM过程从加密开始，视频内容被加密并存储在视频存储库中，DRM提供商保留密钥。以下是DRM流媒体流程的简单列表：
1. 视频内容加密并存储在视频存储库。
2. DRM提供商保留密钥。
3. 用户请求流媒体。
4. 系统验证用户权限。
5. 若权限验证通过，使用密钥解密内容并传输给用户。

3.2.3 DRM 对内容分发和消费的影响

DRM 对内容分发和消费有着多方面的影响。对于内容提供商而言，DRM 可以有效保护其知识产权，防止未经授权的复制和传播，确保内容的价值得以维持。例如，通过控制内容的访问权限，内容提供商可以根据不同的用户群体和使用场景制定差异化的收费策略，从而提高收益。

对于消费者来说，DRM 虽然在一定程度上保障了内容的质量和合法性，但也可能带来一些不便。比如，用户可能需要在不同的设备上多次验证权限，或者受到内容使用时间和次数的限制。此外，DRM 技术的复杂性也可能导致一些兼容性问题，影响用户的观看体验。

以下是 DRM 对内容提供商和消费者影响的对比表格：
| 影响对象 | 积极影响 | 消极影响 |
| ---- | ---- | ---- |
| 内容提供商 | 保护知识产权，制定差异化收费策略，提高收益 | 无明显消极影响 |
| 消费者 | 确保内容质量和合法性 | 多次验证权限不便，使用受限，可能有兼容性问题 |

3.2.4 DRM 面临的挑战

尽管 DRM 有诸多好处，但也面临着一些挑战。技术破解是一个重要问题，一些不法分子会试图破解 DRM 加密，从而非法传播受保护的内容。此外，不同的 DRM 系统之间缺乏互操作性，这使得内容在不同平台和设备之间的共享变得困难。而且，随着技术的不断发展，新的安全威胁也在不断涌现，DRM 系统需要不断更新和升级以应对这些挑战。

以下是 DRM 面临挑战的 mermaid 流程图：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px

    A([DRM面临的挑战]):::startend --> B{技术破解}:::process
    A --> C{缺乏互操作性}:::process
    A --> D{新安全威胁}:::process
    B --> E(非法传播内容):::process
    C --> F(内容共享困难):::process
    D --> G(需不断更新升级系统):::process

4. 总结与展望

4.1 多媒体云各方面的总结

• 计费方面 ：不同的计费模型各有优缺点，按资源使用计费模式具有诸多激励作用，但实现相对复杂。未来需要在保证公平性和准确性的前提下，进一步优化计费策略，以适应不断变化的市场需求。
• 网络方面 ：网络限制和带宽成本是多媒体云面临的重要挑战。直播流媒体和 VOD 流媒体需要不同的网络策略，混合方法和 CDN 的使用可以在一定程度上缓解这些问题，但仍需要不断改进网络技术和管理方式。
• 安全方面 ：隐私保护和数字版权管理是多媒体流媒体安全的关键。现有的隐私保护技术和 DRM 解决方案在一定程度上保障了内容的安全，但也面临着技术破解、缺乏互操作性等挑战，需要持续创新和完善。

4.2 未来发展的展望

• 计费创新 ：随着人工智能和大数据技术的发展，未来的计费模型可能会更加智能化和个性化。例如，根据用户的观看习惯、消费能力等因素动态调整价格，实现更加精准的计费。
• 网络优化 ：5G 等新一代网络技术的普及将为多媒体云带来新的机遇。高速、低延迟的网络环境可以进一步提升多媒体内容的传输质量，减少延迟和卡顿。同时，软件定义网络（SDN）和网络功能虚拟化（NFV）等技术的应用也将提高网络的灵活性和可管理性。
• 安全强化 ：量子加密等新兴技术有望为多媒体流媒体的安全提供更强大的保障。此外，加强不同 DRM 系统之间的互操作性，建立统一的安全标准，将有助于提高整个行业的安全性。

以下是未来多媒体云发展方向的列表：
1. 计费创新：智能化和个性化计费。
2. 网络优化：利用 5G 等新技术，应用 SDN 和 NFV。
3. 安全强化：采用量子加密，加强 DRM 互操作性。