IPTV信號監測設計與實現

毛 鑫

（湖北省楚天廣播電視信息網絡有限公司 網絡傳輸中心，湖北 武漢 430071）

廣播電視監測工作是廣播電視事業的重要組成部分，是廣播電視安全播出的重要保障，是廣播電視自我監督的重要環節。由于IP網絡本身并不穩定，IPTV業務又是一個需要高帶寬、低傳輸時延和低時延抖動的業務，在IPTV業務運行時，網絡中任何一個環節出現問題都可能導致用戶觀看電視時出現馬賽克或者聲音時斷時續，嚴重時甚至可能導致用戶無法觀看電視。因此，對IPTV業務的監控是必不可少的，而現行的IPTV設備供應商專注于業務的實現，對于監控僅限于設備網管，不能行之有效地對業務進行監控和維護。因此，為確保IPTV信號傳輸的正常運行，廣電監管部門需有效監管廣播電視信號在電信網絡中傳輸的安全性，防止違規和非法節目流入IPTV，保障節目傳輸質量、內容質量以及用戶的體驗質量。

1 設計思路

三網融合具有重要的戰略意義，不僅是將現有網絡資源有效整合，互聯互通，還會形成新的服務和運營機制，有利于信息產業結構的優化以及政策法規的相應變革。融合之后，不僅信息傳播、內容和通信服務的方式會發生很大變化，企業應用和個人信息消費的具體形態也會有質的變化。面對三網融合，廣電監測不但要針對融合后廣電企業的新業態做好監管，保證網絡可信和業務可靠，充分保障廣播電視的安全播出，更要對雙向進入的電信企業開展的各類視聽業務做到內容可管和業務可控，從設備到節目，從集成到傳輸，在每一環節做好監管工作。

如圖1所示，IPTV監管平臺總體架構是在集成播控分平臺、電信傳輸核心節點、電信傳輸匯聚節點、電信傳輸邊緣節點、用戶終端分別部署監管前端，采集相應的電子節目指南（EPG）、節目內容碼流、運行數據等信息，回傳到省IPTV監管數據處理中心，進行節目監管數據的分析和處理，同時和中央的IPTV監管平臺統一標準數據接口實現資源共享和互聯互通。

建設隨時核查每個IPTV播控平臺節目的監管體系，防止違規和非法節目流入到IPTV。通過對IPTV集成播控平臺、傳輸分發節點、IPTV用戶終端節目內容的跟蹤核查以及自動預警，定位和防止非法節目插播，實現對IPTV全網的有效監管。對EPG、頻道設置、點播節目合法性、電視廣告等進行24 h實時監測，及時發現和取證各類違規節目，達到全程可控可管。總體目標是：

1）從節目源頭、傳輸分發網絡、用戶終端各環節監控電視節目傳播內容；

2）防止違規和非法節目流入到電視終端；

3）實現EPG信息管理與核查，自動識別授權播出的節目，對非授權節目實時自動報警；

4）核查插播節點和違規環節，保障安全播出，提高管理效率；

5）監管互聯網傳輸的視聽節目，規范互聯網視聽節目服務秩序。

2 設計原則

2.1 安全性

1）遵照國家有關法律法規和標準，符合國家和行業技術標準；

2）符合國家有關安全和保密的要求；

3）為保證系統的安全，監管平臺建立了完善、可靠的系統訪問權限機制；

4）在方案設計上考慮網絡安全、權限管理、數據備份等因素，采用安全證書、數據加密等手段，保證重要數據不會被竊取和篡改，同時，在運行管理上也嚴格按照安全規范進行，防止不當操作或惡意行為造成的意外損失。

2.2 穩定性

1）系統軟硬件能夠長時間穩定運行，設備監測指標準確，信息上報處理迅速；

2）能夠確保用戶的正常使用和用戶之間信息交換共享的順利進行；

3）充分考慮到各個監測前端的實際情況，能夠滿足長期無人值守、遠程維護的要求；

4）各個監測前端的遠程電源管理可在監測設備未知異常時確保設備復位；

5）在關鍵部件采用冗余設計、備份機制，并設計故障自我診斷、排除及災難恢復的應急方案，保證系統穩定可靠工作。

2.3 先進性

系統的模型設計、軟件結構以及軟硬件平臺采用當前主流技術。整個系統在一段時期內保持技術先進，滿足監管的需要，并具有良好的升級擴展能力，適應未來業務的發展和技術升級需要。

2.4 可擴展性

1）預留軟、硬件接口，便于將來系統在功能上進行擴展；

2）預留系統負荷的冗余量，以滿足將來業務的增長及系統規模的擴大，同時可有效應對突發性大規模業務的需要。

2.5 開放性

采用開放式操作系統、開放式網絡結構及其協議和開放式的軟件體系架構，實現充分的資源共享，使系統具有良好的互操作性和可移植性。網絡系統在保證和國家監管平臺統一標準數據接口的情況下能滿足多種接口和協議。

2.6 網絡管理的統一性

通過系統搭建的網絡管理平臺，實現對各系統、各監測設備統一管理，顯示系統運行狀態和監測參數等功能，同時具備一定的控制功能。

3 IPTV監管系統結構

系統結構分為節目集成播控平臺監管前端、電信傳輸節點監管前端和用戶終端監管前端3個部分和地區監管中心平臺。

3.1 廣電集成播控平臺監管前端

廣電集成播控平臺監管前端是指在廣電集成播控分平臺上進行數據采集，主要包括當地IPTV的EPG、節目內容碼流等，并對碼流進行信號及傳輸質量監測，如圖2所示。

主要功能包括：

1）IPTV節目信息獲取。同集成播控平臺的EPG服務器建立通信接口，采集在線節目單相關信息及配置文件。

2）直播節目碼流采集。前端與IPTV集成播控平臺內容分發系統實現對接，獲取所有直播頻道節目流。

3）點播及互動節目增量統計。定期（每天）對新上線的點播節目、互動節目（如股票信息、電子報等增值業務）數據進行增量統計。

4）點播節目審看。多點播節目文件進行離線多倍速審看。

5）IP碼流監測。對IP碼流進行信號及MDI指標監測，支持的MDI指標包括延遲因素DF、媒體丟包速率MLR、過去15 min媒體丟失總數MLT-15、過去24 h媒體丟失總數MLT-24。

6）數據交換接口。根據標準的監管數據接口標準，集成播控平臺及中心監管平臺建立數據交換接口。

系統組成包括：

1）多通道IP碼流監測卡。是高集成度的IP接口TS流監測卡，可同時對通過IP網絡傳送的多路TS流進行全面的碼流分析及監測報警。輸入接口采用千兆以太網口，支持基于UDP和RTP的特定MPEG-2封裝。板卡既可以完成碼流的TR101 290監測，也支持RFC 4445 MDI指標的測量，可滿足基于IP信號的數字電視前端機房和分前端機房的信號質量監測需求。

2）EPG采集服務器。安裝有EPG采集軟件，實現對IPTV直播、點播、互動節目的節目單信息采集。對于直播節目，需要采集的信息包括頻道編號、頻道名稱、頻道信息描述、直播路徑（URL）、節目源說明、內容服務商編號等內容。對于點播、互動節目，需要采集的信息包括節目編號、節目類型、節目標題、節目內容描述、鏈接地址、上線時間、播出范圍、版權等信息。

3）直播節目采集錄像服務器。安裝多畫面監測報警系統軟件，可實現IPTV直播節目的節目內容監測報警（黑場、靜幀、音量過高/音量過低、彩條等）以及節目錄像功能。

4）點播互動節目監管服務器上安裝有點播互動節目監管軟件。主要實現點播及互動節目增量統計，定期（每天）對新上線的點播節目、互動節目數據進行增量統計。對點播節目文件進行離線多倍速審看，并生成圖片摘要。

3.2 用戶終端監管前端

如圖3所示，在用戶終端監管前端，嵌入式IPTV監測終端自動模擬多個IP機頂盒與IPTV服務器完成鑒權、認證過程。采用網絡爬蟲技術從EPG服務器下載網頁，采用分詞技術進行網頁分析，獲取IPTV的EPG信息。EPG信息中包含各直播、點播節目對應的URL。在嵌入式監測主控板的控制下，可分別進行直播或點播操作，獲取節目內容。對獲取的IP碼流，BHIP50可自動測量其內容層面的指標參數，包含視頻丟失、音頻丟失、黑場、靜幀、音量過高/過低、彩條。同時可在監測主控板的控制下測量各種體驗質量數據，包含開機速度、直播頻道切換速度、視頻流暢程度、各種操作的響應速度等。監測終端將獲取的EPG信息、監測結果和獲取的節目通過交換機送給監測主控板。完成直播節目錄像，同時將EPG信息、監測結果及節目錄像回傳中心監管平臺。

系統組成包括：

1）IPTV監管終端。虛擬IP機頂盒實現IPTV鑒權認證過程，自動獲取EPG信息，虛擬多個機頂盒實現直播點播操作獲取節目流，并進行節目內容質量監測及體驗質量監測。監測終端可自動模擬多個IP機頂盒操作，可同時進行多個直播或點播操作；采用網絡爬蟲技術，能夠自動連接EPG服務器對IPTV網頁進行下載，同時采用分詞技術對網頁進行自動分析，解析出EPG信息獲取各節目URL；系統采用的傳輸層指標分析及內容分析算法在很多成熟產品上已有廣泛應用并獲得總局認可。在傳輸層，支持IP流的RFC4445 MDI指標測量，在內容方面，實現對圖像靜幀、黑場、視頻丟失、音頻丟失、音量過高/音量過低、彩條進行實時監測。同時，嵌入式IPTV監管終端可模擬機頂盒進行各項操作，采集如開機速度、直播頻道切換速度、視頻播放流暢程度等體驗數據，供中心監管平臺查詢統計。

2）監測主控板。完成對直播節目的錄像，同時將EPG、節目錄像、監測結果回傳中心。

3.3 地區監管中心平臺

地區監管中心平臺結構如圖4所示。功能描述如下：

1）監測前端分布電子地圖顯示

實時顯示各監測前端的節目監測狀態、各項參數和回傳的報警信息等。具體包括監測網拓撲結構，監測前端GIS地理分布電子地圖顯示；實時異態報警顯示功能，通過語言、文字、圖形等手段對監測前端工作狀態進行提示；顯示各監測前端的類型、名稱、地址、電話、聯系人等信息。

2）EPG信息管理

提供EPG交互展示功能，可模擬IP機頂盒進行操作。通過EPG交互展示，可了解IPTV中的所有業務，可手動查看其他不在監測范圍內的游戲、新聞、股票、在線支付等增值業務。EPG信息支持日期及采集前端的選擇。通過各級前端能夠采集和回傳各前端的EPG信息，能夠自動匯總、解析EPG信息，包括節目名稱、所在欄目、海報、內容簡介、導演、主演、節目上線時間等信息。EPG采集方式支持定期(每天)獲取和手動不定時獲取兩種。IPTV節目單信息分為直播節目單和點播節目單。直播節目單可按照監管前端、采集日期進行查詢檢索，可自動識別新增節目信息，并提供直播節目實時監看功能。對于新增直播節目用戶可手動進行處理。點播節目單可按照監管前端、采集日期進行查詢檢索，可自動識別新增節目信息，提供節目標題、節目描述信息、摘要、內容服務商信息、上線時間等信息展示，同時提供點播監看功能。

3）IPTV運行數據管理

通過電信IPTV傳輸節點各前端，能夠采集和回傳各傳輸節點的平臺運行數據。平臺運行采用定期獲取的方式，周期為1天。平臺運行數據包括內容服務商信息、傳輸服務商信息、點播互動節目訪問情況、用戶行為統計、點播日志查詢、特定IPTV用戶訪問日志查詢等。內容服務商信息、傳輸服務商信息提供對服務商編號、名稱、法人姓名、法人電話、聯系人姓名、聯系人電話、聯系人職務、聯系人地址、聯系人郵編、聯系人郵件地址、單位網址、單位描述的列表展示。點播互動節目訪問情況可跟蹤每個統計周期內點播和互動節目的訪問匯總情況，可統計點播互動節目的播放次數、評論次數，可根據播放次數或評論次數進行排序用于發現視聽節目傳播的熱點情況。可手動點擊查詢具體節目的評論信息。用戶行為統計包含對指定時段的用戶點播節目成功率的查詢展示，對指定時段的用戶開機數統計，以及具體節目的觀看數統計。通過圖表可清晰展示出指定時間段內點播成功率的變化情況，發現用戶觀看IPTV的熱點時段和熱點節目。系統提供查詢指定節目在一定時間段的詳細點播日志，用于跟蹤違規或敏感節目的播出情況。

4）節目內容監看

直播節目監看功能通過監管前端，依據EPG直播頻道列表，對直播頻道碼流進行監控，可自由切換所有頻道，提供來自不同監管前端、多畫面實時監看和輪播監看功能。

點播節目監看功能通過監管前端，依據EPG點播節目單，能夠根據點播指令選擇相關的點播節目進行抽查監看。可自由切換所有點播節目，具有來自不同監管前端、多畫面監看的功能。

5）數據處理及數據存儲

對監管前端數據進行匯總和整合，對所有IPTV節目信息和視頻內容進行重排統計，根據監管需求進行分類統計和分析，發現和跟蹤違規節目和熱點節目，對違規節目進行取證，生成監管報告，提供用戶查詢訪問接口，統一展現監管處理結果。

采用網絡化存儲技術，按照系統預先設定的任務，分前端、分頻道(節目)、分時段對必要的視頻內容進行錄制和分類存儲，將視頻流保存為錄像文件，提供錄像監看和錄像下載等功能，能夠選擇不同的時間和時長進行錄像監看和下載。存儲周期為30天。

6）節目監管

節目監管包含節目合法性監測、傳輸質量監測、節目內容質量監測及體驗質量監測。

節目的合法性監測包括節目來源的合法性和節目內容的合法性。根據總局監管中心IPTV中央監管平臺傳送的本地區播控平臺的EPG，與從傳輸監管前端采集的EPG信息進行比對，鑒別節目來源的合法性，發現非授權插播，自動報警。系統提供違規節目錄像的查看及下載。建立違規節目樣本數據庫，通過智能識別引擎，使用樣本對電視節目數據進行比對，自動發現含有非法內容的電視節目，并進行取證。

傳輸質量監測包含RFC4445 MDI指標監測。MDI指標包含兩部分：延遲參數（DF）和媒體丟包率（MLR），使用DF參數可以確認、定位并且跟蹤網絡的時延和抖動情況，通過測量MLR可以確認、定位并跟蹤網絡的丟包狀況。系統支持指定前端的MDI指標查詢及統計，同時可通過圖表方式直觀展示不同時段的MDI指標變化情況。

內容質量監測包括對黑場、靜幀、音量過高/過低、音頻丟失、視頻丟失、彩條等異態的監測。通過前端回傳的內容質量監測數據進行自動報警，并提供異態節目錄像的查看及下載。

體驗質量監測包括對開機速度、直播頻道切換速度、視頻播放流暢程度等用戶體驗指標的監測。系統支持指定前端的體驗指標查詢及統計，同時可通過圖表方式直觀展示不同時段的指標變化情況。

7）運行管理

系統運行狀態監控對系統設備和網絡的運行狀態進行監控，實時顯示設備狀態，包括CPU、內存、硬盤的使用情況；用戶管理為系統設置不同級別的用戶和用戶組，并能分別賦予不同的權限級別，限定訪問IP地址；日志管理對系統中用戶操作進行記錄和分類查詢。

8）與總局監管中心IPTV中央監管平臺數據接口

該接口主要用于地區IPTV監管平臺與總局IPTV中央監管平臺的監管數據交換。根據IPTV主要的業務流程，接口類型主要分為上報接口及下發接口。上報接口即地區IPTV監管平臺對從各級前端采集到的節目和運行數據等信息進行預處理和審核后，將相關數據通過交換接口提供給總局IPTV中央監管平臺；下發接口即總局中央監管平臺通過交換接口向地區監管平臺下發查詢請求或監管信息。

4 優勢特點

1）提供IPTV全鏈路監測解決方案

系統提供從廣電集成播控平臺、電信IPTV傳輸節點到用戶終端的IPTV全鏈路監管解決方案。

2）系統架構具有良好的互操作性和可移植性

采用C/S與B/S相結合的系統體系結構，開放式操作系統、開放式網絡結構及其協議，從而實現資源共享，使系統具有良好的互操作性和可移植性。

3）嵌入式虛擬終端同時模擬多個IP機頂盒，集成度高

監管終端可自動模擬多個IP機頂盒完成鑒權認證過程，可同時進行多個直播或點播操作，集成度高。

4）網絡爬蟲技術實現EPG高速自動下載

監管終端采用網絡爬蟲技術，能自動連接EPG服務器實現多路并發的頁面下載。

5）分詞技術實現EPG信息精確智能解析

采用互聯網搜索中常用的分詞技術，監管終端能夠對下載的EPG頁面進行精確解析，提取各頻道節目信息。

6）EPG交互展示提供模擬IPTV機頂盒功能

EPG交互展示可模擬IP機頂盒進行操作。通過EPG交互展示，可了解IPTV中的所有業務，可手動查看其他不在監測范圍內的游戲、新聞、股票、在線支付等增值業務。

7）傳輸層及內容指標實時監測

系統采用的傳輸層指標分析及內容分析算法在很多成熟產品上已有廣泛應用并獲得總局認可。在傳輸層，支持IP流的RFC4445 MDI指標實時測量；在內容方面，實現對圖像靜幀、黑場、視頻丟失、音頻丟失、音量過高、音量過低、彩條進行實時監測。

8）用戶終端體驗質量數據自動獲取

嵌入式IPTV監管終端可模擬機頂盒進行各項操作，采集如開機速度、直播頻道切換速度、視頻播放流暢程度等QoE測試指標，提供查詢統計。

9）非法違規節目自動發現

根據總局監管中心IPTV中央監管平臺傳送的本地區播控平臺的EPG，與從傳輸監管前端采集的EPG信息進行比對，鑒別節目來源的合法性，發現非授權插播，自動報警。建立違規節目樣本數據庫，通過智能識別引擎，使用樣本對電視節目數據進行比對，自動發現含有非法內容的電視節目，并進行取證。

10）完善的權限管理和安全保障體系

中心監管平臺基于Microsoft.Net Framework3.5框架開發應用，具有強健的安全機制，如身份驗證、傳輸加密、數據加密等多種加密手段。通過完整的安全體系，達到國家有關計算機信息系統的各種安全要求，具有自動刪除、隔離病毒，并對進入系統的用戶實施身份驗證和入境方式檢查，防止非法用戶混入后對系統進行破壞活動；為防止合法用戶越權訪問數據，也對合法用戶合理地設置權限。

5 小結

廣播電視監測是衡量廣播電視事業發展水平的一個重要標志，擔負著為廣播電視節目播出安全提供重要的保障工作，建立完善的監測體系具有深遠的意義。隨著廣播電視事業的蓬勃發展，IPTV會很快走進千家萬戶，我們要緊跟廣播電視發展趨勢，為IPTV電視的順利推廣保駕護航。