IPTV信号监测设计与实现

2011-06-06毛鑫

电视技术 2011年24期

毛鑫

（湖北省楚天广播电视信息网络有限公司网络传输中心，湖北武汉 430071）

广播电视监测工作是广播电视事业的重要组成部分，是广播电视安全播出的重要保障，是广播电视自我监督的重要环节。由于IP网络本身并不稳定，IPTV业务又是一个需要高带宽、低传输时延和低时延抖动的业务，在IPTV业务运行时，网络中任何一个环节出现问题都可能导致用户观看电视时出现马赛克或者声音时断时续，严重时甚至可能导致用户无法观看电视。因此，对IPTV业务的监控是必不可少的，而现行的IPTV设备供应商专注于业务的实现，对于监控仅限于设备网管，不能行之有效地对业务进行监控和维护。因此，为确保IPTV信号传输的正常运行，广电监管部门需有效监管广播电视信号在电信网络中传输的安全性，防止违规和非法节目流入IPTV，保障节目传输质量、内容质量以及用户的体验质量。

1 设计思路

三网融合具有重要的战略意义，不仅是将现有网络资源有效整合，互联互通，还会形成新的服务和运营机制，有利于信息产业结构的优化以及政策法规的相应变革。融合之后，不仅信息传播、内容和通信服务的方式会发生很大变化，企业应用和个人信息消费的具体形态也会有质的变化。面对三网融合，广电监测不但要针对融合后广电企业的新业态做好监管，保证网络可信和业务可靠，充分保障广播电视的安全播出，更要对双向进入的电信企业开展的各类视听业务做到内容可管和业务可控，从设备到节目，从集成到传输，在每一环节做好监管工作。

如图1所示，IPTV监管平台总体架构是在集成播控分平台、电信传输核心节点、电信传输汇聚节点、电信传输边缘节点、用户终端分别部署监管前端，采集相应的电子节目指南（EPG）、节目内容码流、运行数据等信息，回传到省IPTV监管数据处理中心，进行节目监管数据的分析和处理，同时和中央的IPTV监管平台统一标准数据接口实现资源共享和互联互通。

建设随时核查每个IPTV播控平台节目的监管体系，防止违规和非法节目流入到IPTV。通过对IPTV集成播控平台、传输分发节点、IPTV用户终端节目内容的跟踪核查以及自动预警，定位和防止非法节目插播，实现对IPTV全网的有效监管。对EPG、频道设置、点播节目合法性、电视广告等进行24 h实时监测，及时发现和取证各类违规节目，达到全程可控可管。总体目标是：

1）从节目源头、传输分发网络、用户终端各环节监控电视节目传播内容；

2）防止违规和非法节目流入到电视终端；

3）实现EPG信息管理与核查，自动识别授权播出的节目，对非授权节目实时自动报警；

4）核查插播节点和违规环节，保障安全播出，提高管理效率；

5）监管互联网传输的视听节目，规范互联网视听节目服务秩序。

2 设计原则

2.1 安全性

1）遵照国家有关法律法规和标准，符合国家和行业技术标准；

2）符合国家有关安全和保密的要求；

3）为保证系统的安全，监管平台建立了完善、可靠的系统访问权限机制；

4）在方案设计上考虑网络安全、权限管理、数据备份等因素，采用安全证书、数据加密等手段，保证重要数据不会被窃取和篡改，同时，在运行管理上也严格按照安全规范进行，防止不当操作或恶意行为造成的意外损失。

2.2 稳定性

1）系统软硬件能够长时间稳定运行，设备监测指标准确，信息上报处理迅速；

2）能够确保用户的正常使用和用户之间信息交换共享的顺利进行；

3）充分考虑到各个监测前端的实际情况，能够满足长期无人值守、远程维护的要求；

4）各个监测前端的远程电源管理可在监测设备未知异常时确保设备复位；

5）在关键部件采用冗余设计、备份机制，并设计故障自我诊断、排除及灾难恢复的应急方案，保证系统稳定可靠工作。

2.3 先进性

系统的模型设计、软件结构以及软硬件平台采用当前主流技术。整个系统在一段时期内保持技术先进，满足监管的需要，并具有良好的升级扩展能力，适应未来业务的发展和技术升级需要。

2.4 可扩展性

1）预留软、硬件接口，便于将来系统在功能上进行扩展；

2）预留系统负荷的冗余量，以满足将来业务的增长及系统规模的扩大，同时可有效应对突发性大规模业务的需要。

2.5 开放性

采用开放式操作系统、开放式网络结构及其协议和开放式的软件体系架构，实现充分的资源共享，使系统具有良好的互操作性和可移植性。网络系统在保证和国家监管平台统一标准数据接口的情况下能满足多种接口和协议。

2.6 网络管理的统一性

通过系统搭建的网络管理平台，实现对各系统、各监测设备统一管理，显示系统运行状态和监测参数等功能，同时具备一定的控制功能。

3 IPTV监管系统结构

系统结构分为节目集成播控平台监管前端、电信传输节点监管前端和用户终端监管前端3个部分和地区监管中心平台。

3.1 广电集成播控平台监管前端

广电集成播控平台监管前端是指在广电集成播控分平台上进行数据采集，主要包括当地IPTV的EPG、节目内容码流等，并对码流进行信号及传输质量监测，如图2所示。

主要功能包括：

1）IPTV节目信息获取。同集成播控平台的EPG服务器建立通信接口，采集在线节目单相关信息及配置文件。

2）直播节目码流采集。前端与IPTV集成播控平台内容分发系统实现对接，获取所有直播频道节目流。

3）点播及互动节目增量统计。定期（每天）对新上线的点播节目、互动节目（如股票信息、电子报等增值业务）数据进行增量统计。

4）点播节目审看。多点播节目文件进行离线多倍速审看。

5）IP码流监测。对IP码流进行信号及MDI指标监测，支持的MDI指标包括延迟因素DF、媒体丢包速率MLR、过去15 min媒体丢失总数MLT-15、过去24 h媒体丢失总数MLT-24。

6）数据交换接口。根据标准的监管数据接口标准，集成播控平台及中心监管平台建立数据交换接口。

系统组成包括：

1）多通道IP码流监测卡。是高集成度的IP接口TS流监测卡，可同时对通过IP网络传送的多路TS流进行全面的码流分析及监测报警。输入接口采用千兆以太网口，支持基于UDP和RTP的特定MPEG-2封装。板卡既可以完成码流的TR101 290监测，也支持RFC 4445 MDI指标的测量，可满足基于IP信号的数字电视前端机房和分前端机房的信号质量监测需求。

2）EPG采集服务器。安装有EPG采集软件，实现对IPTV直播、点播、互动节目的节目单信息采集。对于直播节目，需要采集的信息包括频道编号、频道名称、频道信息描述、直播路径（URL）、节目源说明、内容服务商编号等内容。对于点播、互动节目，需要采集的信息包括节目编号、节目类型、节目标题、节目内容描述、链接地址、上线时间、播出范围、版权等信息。

3）直播节目采集录像服务器。安装多画面监测报警系统软件，可实现IPTV直播节目的节目内容监测报警（黑场、静帧、音量过高/音量过低、彩条等）以及节目录像功能。

4）点播互动节目监管服务器上安装有点播互动节目监管软件。主要实现点播及互动节目增量统计，定期（每天）对新上线的点播节目、互动节目数据进行增量统计。对点播节目文件进行离线多倍速审看，并生成图片摘要。

3.2 用户终端监管前端

如图3所示，在用户终端监管前端，嵌入式IPTV监测终端自动模拟多个IP机顶盒与IPTV服务器完成鉴权、认证过程。采用网络爬虫技术从EPG服务器下载网页，采用分词技术进行网页分析，获取IPTV的EPG信息。EPG信息中包含各直播、点播节目对应的URL。在嵌入式监测主控板的控制下，可分别进行直播或点播操作，获取节目内容。对获取的IP码流，BHIP50可自动测量其内容层面的指标参数，包含视频丢失、音频丢失、黑场、静帧、音量过高/过低、彩条。同时可在监测主控板的控制下测量各种体验质量数据，包含开机速度、直播频道切换速度、视频流畅程度、各种操作的响应速度等。监测终端将获取的EPG信息、监测结果和获取的节目通过交换机送给监测主控板。完成直播节目录像，同时将EPG信息、监测结果及节目录像回传中心监管平台。

系统组成包括：

1）IPTV监管终端。虚拟IP机顶盒实现IPTV鉴权认证过程，自动获取EPG信息，虚拟多个机顶盒实现直播点播操作获取节目流，并进行节目内容质量监测及体验质量监测。监测终端可自动模拟多个IP机顶盒操作，可同时进行多个直播或点播操作；采用网络爬虫技术，能够自动连接EPG服务器对IPTV网页进行下载，同时采用分词技术对网页进行自动分析，解析出EPG信息获取各节目URL；系统采用的传输层指标分析及内容分析算法在很多成熟产品上已有广泛应用并获得总局认可。在传输层，支持IP流的RFC4445 MDI指标测量，在内容方面，实现对图像静帧、黑场、视频丢失、音频丢失、音量过高/音量过低、彩条进行实时监测。同时，嵌入式IPTV监管终端可模拟机顶盒进行各项操作，采集如开机速度、直播频道切换速度、视频播放流畅程度等体验数据，供中心监管平台查询统计。

2）监测主控板。完成对直播节目的录像，同时将EPG、节目录像、监测结果回传中心。

3.3 地区监管中心平台

地区监管中心平台结构如图4所示。功能描述如下：

1）监测前端分布电子地图显示

实时显示各监测前端的节目监测状态、各项参数和回传的报警信息等。具体包括监测网拓扑结构，监测前端GIS地理分布电子地图显示；实时异态报警显示功能，通过语言、文字、图形等手段对监测前端工作状态进行提示；显示各监测前端的类型、名称、地址、电话、联系人等信息。

2）EPG信息管理

提供EPG交互展示功能，可模拟IP机顶盒进行操作。通过EPG交互展示，可了解IPTV中的所有业务，可手动查看其他不在监测范围内的游戏、新闻、股票、在线支付等增值业务。EPG信息支持日期及采集前端的选择。通过各级前端能够采集和回传各前端的EPG信息，能够自动汇总、解析EPG信息，包括节目名称、所在栏目、海报、内容简介、导演、主演、节目上线时间等信息。EPG采集方式支持定期(每天)获取和手动不定时获取两种。IPTV节目单信息分为直播节目单和点播节目单。直播节目单可按照监管前端、采集日期进行查询检索，可自动识别新增节目信息，并提供直播节目实时监看功能。对于新增直播节目用户可手动进行处理。点播节目单可按照监管前端、采集日期进行查询检索，可自动识别新增节目信息，提供节目标题、节目描述信息、摘要、内容服务商信息、上线时间等信息展示，同时提供点播监看功能。

3）IPTV运行数据管理

通过电信IPTV传输节点各前端，能够采集和回传各传输节点的平台运行数据。平台运行采用定期获取的方式，周期为1天。平台运行数据包括内容服务商信息、传输服务商信息、点播互动节目访问情况、用户行为统计、点播日志查询、特定IPTV用户访问日志查询等。内容服务商信息、传输服务商信息提供对服务商编号、名称、法人姓名、法人电话、联系人姓名、联系人电话、联系人职务、联系人地址、联系人邮编、联系人邮件地址、单位网址、单位描述的列表展示。点播互动节目访问情况可跟踪每个统计周期内点播和互动节目的访问汇总情况，可统计点播互动节目的播放次数、评论次数，可根据播放次数或评论次数进行排序用于发现视听节目传播的热点情况。可手动点击查询具体节目的评论信息。用户行为统计包含对指定时段的用户点播节目成功率的查询展示，对指定时段的用户开机数统计，以及具体节目的观看数统计。通过图表可清晰展示出指定时间段内点播成功率的变化情况，发现用户观看IPTV的热点时段和热点节目。系统提供查询指定节目在一定时间段的详细点播日志，用于跟踪违规或敏感节目的播出情况。

4）节目内容监看

直播节目监看功能通过监管前端，依据EPG直播频道列表，对直播频道码流进行监控，可自由切换所有频道，提供来自不同监管前端、多画面实时监看和轮播监看功能。

点播节目监看功能通过监管前端，依据EPG点播节目单，能够根据点播指令选择相关的点播节目进行抽查监看。可自由切换所有点播节目，具有来自不同监管前端、多画面监看的功能。

5）数据处理及数据存储

对监管前端数据进行汇总和整合，对所有IPTV节目信息和视频内容进行重排统计，根据监管需求进行分类统计和分析，发现和跟踪违规节目和热点节目，对违规节目进行取证，生成监管报告，提供用户查询访问接口，统一展现监管处理结果。

采用网络化存储技术，按照系统预先设定的任务，分前端、分频道(节目)、分时段对必要的视频内容进行录制和分类存储，将视频流保存为录像文件，提供录像监看和录像下载等功能，能够选择不同的时间和时长进行录像监看和下载。存储周期为30天。

6）节目监管

节目监管包含节目合法性监测、传输质量监测、节目内容质量监测及体验质量监测。

节目的合法性监测包括节目来源的合法性和节目内容的合法性。根据总局监管中心IPTV中央监管平台传送的本地区播控平台的EPG，与从传输监管前端采集的EPG信息进行比对，鉴别节目来源的合法性，发现非授权插播，自动报警。系统提供违规节目录像的查看及下载。建立违规节目样本数据库，通过智能识别引擎，使用样本对电视节目数据进行比对，自动发现含有非法内容的电视节目，并进行取证。

传输质量监测包含RFC4445 MDI指标监测。MDI指标包含两部分：延迟参数（DF）和媒体丢包率（MLR），使用DF参数可以确认、定位并且跟踪网络的时延和抖动情况，通过测量MLR可以确认、定位并跟踪网络的丢包状况。系统支持指定前端的MDI指标查询及统计，同时可通过图表方式直观展示不同时段的MDI指标变化情况。

内容质量监测包括对黑场、静帧、音量过高/过低、音频丢失、视频丢失、彩条等异态的监测。通过前端回传的内容质量监测数据进行自动报警，并提供异态节目录像的查看及下载。

体验质量监测包括对开机速度、直播频道切换速度、视频播放流畅程度等用户体验指标的监测。系统支持指定前端的体验指标查询及统计，同时可通过图表方式直观展示不同时段的指标变化情况。

7）运行管理

系统运行状态监控对系统设备和网络的运行状态进行监控，实时显示设备状态，包括CPU、内存、硬盘的使用情况；用户管理为系统设置不同级别的用户和用户组，并能分别赋予不同的权限级别，限定访问IP地址；日志管理对系统中用户操作进行记录和分类查询。

8）与总局监管中心IPTV中央监管平台数据接口

该接口主要用于地区IPTV监管平台与总局IPTV中央监管平台的监管数据交换。根据IPTV主要的业务流程，接口类型主要分为上报接口及下发接口。上报接口即地区IPTV监管平台对从各级前端采集到的节目和运行数据等信息进行预处理和审核后，将相关数据通过交换接口提供给总局IPTV中央监管平台；下发接口即总局中央监管平台通过交换接口向地区监管平台下发查询请求或监管信息。

4 优势特点

1）提供IPTV全链路监测解决方案

系统提供从广电集成播控平台、电信IPTV传输节点到用户终端的IPTV全链路监管解决方案。

2）系统架构具有良好的互操作性和可移植性

采用C/S与B/S相结合的系统体系结构，开放式操作系统、开放式网络结构及其协议，从而实现资源共享，使系统具有良好的互操作性和可移植性。

3）嵌入式虚拟终端同时模拟多个IP机顶盒，集成度高

监管终端可自动模拟多个IP机顶盒完成鉴权认证过程，可同时进行多个直播或点播操作，集成度高。

4）网络爬虫技术实现EPG高速自动下载

监管终端采用网络爬虫技术，能自动连接EPG服务器实现多路并发的页面下载。

5）分词技术实现EPG信息精确智能解析

采用互联网搜索中常用的分词技术，监管终端能够对下载的EPG页面进行精确解析，提取各频道节目信息。

6）EPG交互展示提供模拟IPTV机顶盒功能

EPG交互展示可模拟IP机顶盒进行操作。通过EPG交互展示，可了解IPTV中的所有业务，可手动查看其他不在监测范围内的游戏、新闻、股票、在线支付等增值业务。

7）传输层及内容指标实时监测

系统采用的传输层指标分析及内容分析算法在很多成熟产品上已有广泛应用并获得总局认可。在传输层，支持IP流的RFC4445 MDI指标实时测量；在内容方面，实现对图像静帧、黑场、视频丢失、音频丢失、音量过高、音量过低、彩条进行实时监测。

8）用户终端体验质量数据自动获取

嵌入式IPTV监管终端可模拟机顶盒进行各项操作，采集如开机速度、直播频道切换速度、视频播放流畅程度等QoE测试指标，提供查询统计。

9）非法违规节目自动发现

根据总局监管中心IPTV中央监管平台传送的本地区播控平台的EPG，与从传输监管前端采集的EPG信息进行比对，鉴别节目来源的合法性，发现非授权插播，自动报警。建立违规节目样本数据库，通过智能识别引擎，使用样本对电视节目数据进行比对，自动发现含有非法内容的电视节目，并进行取证。

10）完善的权限管理和安全保障体系

中心监管平台基于Microsoft.Net Framework3.5框架开发应用，具有强健的安全机制，如身份验证、传输加密、数据加密等多种加密手段。通过完整的安全体系，达到国家有关计算机信息系统的各种安全要求，具有自动删除、隔离病毒，并对进入系统的用户实施身份验证和入境方式检查，防止非法用户混入后对系统进行破坏活动；为防止合法用户越权访问数据，也对合法用户合理地设置权限。