張慧鵬

（江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215006）

淺談基于畫面云實(shí)現(xiàn)高清頻道的監(jiān)測(cè)

張慧鵬

（江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215006）

隨著高清頻道數(shù)量的不斷增加，現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已不能滿足當(dāng)前需求，同時(shí)也對(duì)新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提出了更新、更高的要求。結(jié)合江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司的實(shí)際情況，介紹了在現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用基于畫面云方式實(shí)現(xiàn)對(duì)高清頻道的監(jiān)測(cè)及大屏顯示，該方案可解決大量高標(biāo)清頻道同播后大屏顯示數(shù)量不夠的問題。

畫面云；H.264；高清頻道；系統(tǒng)擴(kuò)容

隨著廣電事業(yè)的不斷發(fā)展，江蘇省廣電有線信息網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘇州分公司（下文簡(jiǎn)稱“蘇州有線”）電視前端系統(tǒng)傳輸?shù)臉?biāo)清電視頻道有150套以上，高清電視頻道有20套以上，數(shù)字音頻廣播有20套以上，因?yàn)楦咔咫娨曨l道的數(shù)量不斷增加，以后高標(biāo)清同播的頻道數(shù)量日益增加，為日常安全播出監(jiān)測(cè)工作提出了挑戰(zhàn)。

1 現(xiàn)狀分析

現(xiàn)有的多畫面監(jiān)測(cè)采用TrinityAres-Display多畫面監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)，基于TS over IP技術(shù)，通過QAM解調(diào)板卡統(tǒng)一進(jìn)行射頻信號(hào)的解調(diào)解密，監(jiān)測(cè)主機(jī)按照頻道順序進(jìn)行監(jiān)測(cè)并通過VGA接口在對(duì)應(yīng)的大屏上進(jìn)行顯示，支持對(duì)廣播電視頻道的內(nèi)容監(jiān)測(cè)、多畫面組合顯示、轉(zhuǎn)碼錄像等功能。在高清電視頻道還未普及的時(shí)候，標(biāo)清電視頻道的監(jiān)測(cè)和大屏顯示都比較靈活。

目前蘇州前端共轉(zhuǎn)播高清電視頻道24套（其中包含MPEG-2高清頻道10套，H.264高清頻道14套），共使用3臺(tái)服務(wù)器和1塊大屏進(jìn)行輪詢監(jiān)看監(jiān)測(cè)，每臺(tái)服務(wù)器監(jiān)測(cè)8套高清節(jié)目。隨著央視2臺(tái)、7臺(tái)、10臺(tái)及其他衛(wèi)視的高清頻道不斷上星傳輸，目前已知和有可能上星的高清頻道還有約20套，將來還有其他不斷增加的高清頻道，隨著這些高清頻道的不斷上線，由于監(jiān)看大屏數(shù)量有限，增加的高清節(jié)目如何顯示是一個(gè)亟待解決的問題。

新增的高清頻道基本采用H.264編碼格式，相較MPEG-2編碼格式，H.264編碼格式為了提高壓縮率，大量采用了幀內(nèi)預(yù)測(cè)、可變塊大小的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、1/4像素精度的運(yùn)動(dòng)矢量、整數(shù)4×4變換、切換條帶、上下文自適應(yīng)二進(jìn)制算術(shù)編碼等技術(shù)，一方面使H.264編碼格式提供了比MPEG-2更高的壓縮率，但另一方面，算法的復(fù)雜導(dǎo)致了H.264編碼的解碼需要耗費(fèi)更多的資源，單臺(tái)多畫面監(jiān)測(cè)服務(wù)器所能監(jiān)測(cè)的節(jié)目數(shù)量十分有限，因此需要更多的設(shè)備、更高的配置、更多的大屏去實(shí)現(xiàn)高清H.264節(jié)目的多畫面監(jiān)測(cè)，這與有限的大屏幕資源存在矛盾，因而限制了對(duì)高清節(jié)目的監(jiān)測(cè)，影響了播出機(jī)房對(duì)高清節(jié)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)現(xiàn)及應(yīng)用

2.1 方案設(shè)計(jì)

受傳統(tǒng)的畫面合成器啟發(fā)，既然一個(gè)屏幕所能顯示的畫面數(shù)量有限，那么將幾個(gè)屏幕上的畫面合成輸出到一個(gè)屏幕上便可解決此問題。而傳統(tǒng)的畫面合成器合成后的分辨率較低，而且需要新增加設(shè)備，需要重新布線，沒有現(xiàn)有的多畫面監(jiān)測(cè)方法靈活，使用效果不理想。

隨著云計(jì)算、云服務(wù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)在已有視頻云的概念被提出。視頻云是基于云計(jì)算技術(shù)的理念，采用視頻作為“云端”向“終端”呈現(xiàn)處理結(jié)果的一種云計(jì)算方案。應(yīng)用在云端服務(wù)器上運(yùn)行，將運(yùn)行的顯示輸出、聲音輸出編碼后經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)傳輸給終端，終端進(jìn)行實(shí)時(shí)解碼后顯示輸出。終端同時(shí)可以進(jìn)行操作，經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)將操作控制信息實(shí)時(shí)傳送給云端應(yīng)用運(yùn)行平臺(tái)進(jìn)行應(yīng)用控制，終端“精簡(jiǎn)”為僅提供網(wǎng)絡(luò)能力、視頻解碼能力和人機(jī)交互能力。

考慮到目前整體傳輸鏈路正在向全I(xiàn)P化過度，在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)部分IP化的情況下，類似于視頻云計(jì)算的概念將傳統(tǒng)多畫面監(jiān)測(cè)設(shè)備分解為監(jiān)測(cè)“云端”和顯示“終端”，顯示系統(tǒng)考慮也實(shí)現(xiàn)IP化，在IP層面實(shí)現(xiàn)多臺(tái)設(shè)備畫面的疊加，使得監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也能完美融入播出系統(tǒng)的整體架構(gòu)之中。

基于以上考慮，系統(tǒng)大致可分為以下3個(gè)子系統(tǒng)：

1）信號(hào)接入子系統(tǒng)；

2）多畫面顯示報(bào)警系統(tǒng)；

3）畫面云顯示系統(tǒng)。

具體的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 信號(hào)接入子系統(tǒng)

信號(hào)接入子系統(tǒng)將機(jī)房?jī)?nèi)高清信源信號(hào)、高清QAM信號(hào)實(shí)現(xiàn)IP化，便于對(duì)各類信號(hào)中高清節(jié)目的調(diào)度。

針對(duì)各類信號(hào)，選擇相應(yīng)的信號(hào)接入設(shè)備，在實(shí)現(xiàn)信號(hào)IP化的同時(shí)，對(duì)傳輸流的三級(jí)錯(cuò)誤指標(biāo)、末端射頻信號(hào)的指標(biāo)信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)和測(cè)量。

由于信號(hào)接入子系統(tǒng)是整個(gè)系統(tǒng)最基礎(chǔ)的部分，一旦發(fā)生問題，整個(gè)系統(tǒng)將無法正常工作，因此，信號(hào)接入系統(tǒng)的穩(wěn)定性十分重要。目前采用的信號(hào)接入子系統(tǒng)采用了以下3個(gè)辦法提高穩(wěn)定性：

1）設(shè)備和電源物理隔離

在系統(tǒng)中，電源的發(fā)熱量是最多的，在長(zhǎng)時(shí)間使用的情況下會(huì)導(dǎo)致電源發(fā)熱過多，而電源的發(fā)熱會(huì)對(duì)設(shè)備造成不利影響，因此將設(shè)備和電源物理隔離，可以有效規(guī)避這種情況的發(fā)生。

2）采用直流電供電

由于信號(hào)接入子系統(tǒng)不僅要實(shí)現(xiàn)信號(hào)的IP化，還要對(duì)信號(hào)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，對(duì)環(huán)境要求相對(duì)較高。如果采用傳統(tǒng)的交流供電模塊，交流電的電磁特性會(huì)對(duì)指標(biāo)測(cè)量造成不利影響，因此，通過電源轉(zhuǎn)換模塊，將交流電變?yōu)橹绷麟姾螅賹?duì)設(shè)備進(jìn)行供電可以避免交流電的影響。

3）多冗余電源架構(gòu)

在信號(hào)接入子系統(tǒng)中，電源發(fā)生故障的概率最高。常見的多電源冗余為1+1，為了確保系統(tǒng)在極端情況下仍然可以正常運(yùn)行，可采用2+1冗余電源。

2.3 多畫面顯示報(bào)警系統(tǒng)

多畫面顯示報(bào)警系統(tǒng)接收IP化后的節(jié)目信號(hào)，通過其完成對(duì)節(jié)目?jī)?nèi)容的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、報(bào)警，同時(shí)提供節(jié)目錄像，以供事后分析使用。在傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，多畫面顯示報(bào)警系統(tǒng)輸出的是VGA/DVI/HDMI等視頻信號(hào)，直接接到大屏顯示器上進(jìn)行顯示。如前文所提，此種方法需要大量大屏幕顯示器得以實(shí)現(xiàn)，就現(xiàn)階段機(jī)房屏幕墻而言，傳統(tǒng)方式已不能滿足要求。新系統(tǒng)中，服務(wù)器直接輸出節(jié)目多畫面信息的IP信號(hào)，通過IP層面的畫面拼接后輸出給畫面云顯示系統(tǒng)。

系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障之后，還要有切實(shí)可靠的報(bào)警功能，使相關(guān)人員能夠及時(shí)了解相關(guān)信息，為此，需要加入強(qiáng)大的報(bào)警功能。報(bào)警功能應(yīng)具備各種方式的報(bào)警，同時(shí)可通過相關(guān)途徑傳達(dá)到對(duì)應(yīng)的負(fù)責(zé)人處。

通過對(duì)目前市面上各類設(shè)備的調(diào)研分析，完善的報(bào)警子系統(tǒng)應(yīng)該具備：聲音報(bào)警、光電報(bào)警、短信報(bào)警、郵件報(bào)警、電話報(bào)警等多種方式。

聲音報(bào)警/光電報(bào)警主要針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)有值班人員的情況，通過聲音、光電提示值班人員系統(tǒng)有故障；對(duì)于相對(duì)比較嚴(yán)重的報(bào)警，則采用短信、郵件的方式通知到相關(guān)人員；而對(duì)于非常嚴(yán)重的報(bào)警，則需要通過電話的方式通知到相關(guān)人員以及主管領(lǐng)導(dǎo)，確保能夠在第一時(shí)間內(nèi)確定故障解決方案。當(dāng)然，系統(tǒng)也應(yīng)該能夠制定歸并和規(guī)避的報(bào)警規(guī)則，規(guī)避屏蔽冗余報(bào)警信息，實(shí)現(xiàn)智能報(bào)警。

2.4 畫面云顯示系統(tǒng)

畫面云顯示系統(tǒng)（見圖2）接收拼接后的畫面拼接IP流，通過其解碼為HDMI信號(hào)，顯示到大屏幕顯示器上，從而實(shí)現(xiàn)較多高清節(jié)目信號(hào)在同一塊大屏幕上進(jìn)行顯示的目的。

由于所有信息經(jīng)過再處理，需要特別的技術(shù)實(shí)現(xiàn)音畫同步，達(dá)到完美的顯示效果。畫面云顯示系統(tǒng)主要優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）不需專門的顯卡，普通服務(wù)器即可進(jìn)行畫面云顯示。

機(jī)房中監(jiān)測(cè)服務(wù)器為2007年投入使用，顯卡損壞之后，市場(chǎng)上已沒有同樣型號(hào)的顯卡可供更換，只能采用替換型號(hào)，效果不是很好且影響監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器的性能。此外，所有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器替換為刀片、單刀后性能得到良好提升，可以有效地節(jié)約機(jī)房機(jī)架空間。

圖2 畫面云顯示示意圖

2）不需矩陣，可靈活地實(shí)現(xiàn)基于IP的畫面、屏幕的調(diào)度。

機(jī)房中之前使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，電視墻上的顯示格局是固化的，服務(wù)器與大屏電視之間存在一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，格局調(diào)整十分不便，而使用畫面云顯示系統(tǒng)之后，可以實(shí)現(xiàn)各臺(tái)服務(wù)器監(jiān)測(cè)內(nèi)容的靈活調(diào)度，比較方便。

3）不限性能，高清頻道增加時(shí)只需擴(kuò)展監(jiān)測(cè)服務(wù)器即可。

對(duì)于采用服務(wù)器集群的單位，此種方式優(yōu)勢(shì)更為突出。在監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)器能力有冗余的情況下，當(dāng)需要監(jiān)測(cè)的高清頻道數(shù)量增加不多時(shí)，僅需要擴(kuò)展畫面云服務(wù)器端即可，無需額外增加大屏；當(dāng)需要改變大屏顯示時(shí)，僅改變顯示終端數(shù)量即可。

4）不限距離，長(zhǎng)距離上屏?xí)r視音頻線纜布線工作量降低70%以上。

由于新機(jī)房規(guī)劃的設(shè)備機(jī)房與日常監(jiān)測(cè)機(jī)房完全分離且距離較遠(yuǎn)，使用傳統(tǒng)的延長(zhǎng)器存在瓶頸且效果不佳。采用畫面云顯示系統(tǒng)可以有效解決此問題，而且布線量降低，有利于系統(tǒng)的施工、維護(hù)。

3 系統(tǒng)測(cè)試

針對(duì)畫面云顯示系統(tǒng)，需要關(guān)注的主要是延時(shí)問題、畫面清晰度以及支持高清節(jié)目的數(shù)量這3點(diǎn)。

1）系統(tǒng)延時(shí)測(cè)試

系統(tǒng)延時(shí)測(cè)試系統(tǒng)見圖3。

圖3 系統(tǒng)延時(shí)測(cè)試系統(tǒng)圖

測(cè)試方法：通過比較機(jī)頂盒輸出的節(jié)目畫面與畫面云顯示系統(tǒng)輸出的節(jié)目畫面進(jìn)行比較，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，多時(shí)、多次觀察兩個(gè)系統(tǒng)輸出畫面的延時(shí)情況（可以通過兩個(gè)系統(tǒng)的顯示時(shí)間）。

期望結(jié)果：延時(shí)情況在可接受范圍（1 s以內(nèi)）。

2）畫面清晰度測(cè)試

畫面清晰度測(cè)試系統(tǒng)見圖4。

圖4 畫面清晰度測(cè)試系統(tǒng)圖

測(cè)試方法：比較畫面云顯示系統(tǒng)不同輸出分辨率情況下的畫面情況，對(duì)比機(jī)頂盒輸出節(jié)目畫面，觀察畫面顯示情況。

期望結(jié)果：不同的分辨率顯示正常且畫面清晰度在主觀評(píng)測(cè)下在可接受范圍。

3）單屏幕支持高清節(jié)目數(shù)量測(cè)試

單屏幕支持高清節(jié)目數(shù)量測(cè)試系統(tǒng)見圖5。

圖5 單屏幕支持高清節(jié)目數(shù)量測(cè)試系統(tǒng)圖

測(cè)試方法：逐步增加畫面云顯示系統(tǒng)輸出的節(jié)目數(shù)量，多次反復(fù)測(cè)試得到極限數(shù)值。

期望結(jié)果：?jiǎn)纹聊桓咔骞?jié)目支持?jǐn)?shù)量≥32。

以上只是針對(duì)畫面云顯示系統(tǒng)較為重要的方面進(jìn)行的幾點(diǎn)測(cè)試，僅供參考。

4 結(jié)語

基于畫面云方式，實(shí)現(xiàn)了高清頻道監(jiān)測(cè)系統(tǒng)擴(kuò)容升級(jí)，本文對(duì)系統(tǒng)方案的構(gòu)建思路及應(yīng)用展望進(jìn)行了簡(jiǎn)要闡釋，筆者也對(duì)市面上相關(guān)的廠家設(shè)備進(jìn)行了大量調(diào)研工作，已有比較成熟的產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)文中提及的大部分功能，文中提及的思路和想法可供廣大兄弟單位以及相關(guān)的設(shè)備廠商參考。

[1]廖洪濤.數(shù)字電視業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)[M].2版..北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]ISO，IEC.ISO/IEC 14496-10，Information technology-coding of audio-visual objects-part 10：advanced video coding[S].2012.

[3]西剎子.安防天下：智能網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)詳解與實(shí)踐[M].北京：清華大學(xué)出版社，2010.

責(zé)任編輯：時(shí) 雯

TN948

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10.16280/j.videoe.2015.08.019

2015-03-02

【本文獻(xiàn)信息】張慧鵬.淺談基于畫面云實(shí)現(xiàn)高清頻道的監(jiān)測(cè)[J].電視技術(shù)，2015，39（8）.