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        地面數(shù)字電視監(jiān)測技術(shù)分析

        2021-07-15 08:24:28關(guān)子豪
        電視技術(shù) 2021年5期
        關(guān)鍵詞:碼流音視頻監(jiān)測站

        關(guān)子豪

        (國家廣播電視總局二〇一臺,新疆 昌吉 831100)

        0 引 言

        廣播電視節(jié)目制作、傳輸及監(jiān)測的發(fā)展與信息化技術(shù)的不斷更新迭代息息相關(guān)。2015年,國家財政投入40多億元人民幣,正式啟動全國中央廣播電視無線數(shù)字化覆蓋工程。2020年6月,國家廣播電視總局印發(fā)《關(guān)于按規(guī)劃關(guān)停地面模擬電視有關(guān)工作安排的通知》,決定自2020年6月15日開始,關(guān)停中央及各省、市、縣模擬電視信號。目前,我國在地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)領(lǐng)域領(lǐng)先于世界大部分國家。相比而言,地面數(shù)字電視的傳輸容量是地面模擬電視的數(shù)十倍,它大幅拓展了電視行業(yè)的服務(wù)范圍,一舉扭轉(zhuǎn)電視傳播和影響力衰退的局面,可為人民群眾提供更高質(zhì)量和更高效率的電視服務(wù)[1]。

        根據(jù)地面數(shù)字電視的主要技術(shù)特點和相關(guān)技術(shù)標準及實施方案,本文提出較為完善的地面數(shù)字電視監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng),開展地面數(shù)字電視的播出秩序和播出質(zhì)量的監(jiān)測監(jiān)管工作,為我國廣播電視監(jiān)測監(jiān)管體系建設(shè)貢獻力量。

        1 地面數(shù)字電視技術(shù)特點

        監(jiān)測方法與傳輸方式的技術(shù)特點關(guān)系緊密。相較于有線數(shù)字電視,地面數(shù)字電視利用無線傳輸方式,電視節(jié)目的信號質(zhì)量得到大幅提升,具有信號覆蓋區(qū)域廣、信息容量大、操作模式多樣靈活以及頻率規(guī)劃效率高等優(yōu)點[2],運用PN序列填充的時域同步正交頻分復(fù)用(TDS-OFDM)多載波調(diào)制技術(shù),結(jié)合信號在時域和頻域的傳輸,在頻域傳輸有效載荷,在時域通過擴頻技術(shù)傳輸控制信號實現(xiàn)同步和信道預(yù)測技術(shù),在快速碼字的同時,也能保證穩(wěn)定的同步跟蹤性能,這為地面數(shù)字電視信號質(zhì)量監(jiān)測提供了監(jiān)測策略和依據(jù)。用戶在使用過程中實際接收到的電視節(jié)目與付費有線數(shù)字電視節(jié)目類似,但地面數(shù)字電視節(jié)目數(shù)量較少,且信號傳輸易受距離、當?shù)仉姶怒h(huán)境及人為因素影響。因此,在建設(shè)監(jiān)測站點時應(yīng)重點結(jié)合當?shù)匕l(fā)射臺站信息、電磁環(huán)境及射頻參數(shù)等方面,實現(xiàn)對地面數(shù)字電視發(fā)射機運行狀態(tài)、信號質(zhì)量及覆蓋效果的監(jiān)測[3]。

        2 監(jiān)測技術(shù)與方法

        建立監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺和位于各縣市的地面數(shù)字電視遙控監(jiān)測站,通過HTTP和XML等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接,組成地面數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺部署于監(jiān)測機構(gòu)局域網(wǎng)內(nèi),完成監(jiān)測任務(wù)管理、監(jiān)測站的控制管理、對回傳數(shù)據(jù)的接收與分析、對所有操作日志記錄和傳輸內(nèi)容的存儲、對系統(tǒng)的管理、對節(jié)目源的監(jiān)測與特性采集、發(fā)射信息管理以及綜合展示等功能。監(jiān)測站分布在各地市合適地點,通過數(shù)據(jù)專線方式聯(lián)網(wǎng),接入監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺。監(jiān)測站無人值守,接收并執(zhí)行中心平臺下達的任務(wù)指令或?qū)崟r監(jiān)測指令,接收和解調(diào)地面數(shù)字電視信號,并進行指標測量、數(shù)據(jù)采集、處理、存儲以及報警回傳等操作,實施頻譜監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測前端系統(tǒng)功能如圖1所示。

        圖1 監(jiān)測前端系統(tǒng)功能框圖

        運用射頻監(jiān)測系統(tǒng)、碼流監(jiān)測系統(tǒng)以及音視頻監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對整個地面數(shù)字電視播出環(huán)節(jié)的監(jiān)測監(jiān)管。射頻監(jiān)測系統(tǒng)對業(yè)務(wù)監(jiān)測范圍內(nèi)的地面數(shù)字電視信道質(zhì)量進行實時測量,定期或臨時對給定頻段范圍內(nèi)的廣播電視頻譜進行掃描;依據(jù)ETSI TR101-290三級錯誤的標準,對TS源流進行碼流層面監(jiān)測;音視頻監(jiān)測系統(tǒng)主要完成對信號源畫面和音頻的質(zhì)量研判和錄像存儲工作。

        2.1 射頻監(jiān)測系統(tǒng)

        射頻監(jiān)測系統(tǒng)利用定向天線對地面數(shù)字電視射頻信號進行接收,經(jīng)天線共用器分配至地面數(shù)字電視監(jiān)測主機進行解調(diào),支持對多種地面數(shù)字電視工作方式的監(jiān)測。解調(diào)后的地面數(shù)字電視信號以TS over IP方式封裝后傳輸,即TS(Transport Stream)包封裝為用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議(User Datagram Protocol,UDP)報文后通過IP網(wǎng)絡(luò)分發(fā)[4]。系統(tǒng)主要功能包括射頻信號鎖定狀態(tài)、載波電平、載波帶寬、調(diào)制誤差比(Modulation Error Rate,MER)、誤碼率(Bit Error Ratio,BER)、載噪比多徑測量以及星座圖等參數(shù)的測量與查詢。系統(tǒng)可以使用信道歷史數(shù)據(jù)或者人工輸入?yún)?shù)作為參數(shù)模板,并設(shè)置閾值作為報警觸發(fā)條件。當新獲取的射頻監(jiān)測參數(shù)偏差到允許范圍外并持續(xù)一定時間,系統(tǒng)將及時報警,并且能夠根據(jù)遠程指令執(zhí)行射頻信號指標測量任務(wù),將結(jié)果回傳至中心平臺。

        此外,系統(tǒng)可利用監(jiān)測站配備的頻譜監(jiān)測儀和全向天線,定期或臨時對特定頻段范圍內(nèi)的廣播電視頻譜進行掃描,展現(xiàn)該頻段頻譜占用情況,及時發(fā)現(xiàn)新增或減少載波。頻譜掃描結(jié)果通過專線利用XML協(xié)議回傳至中心平臺。射頻監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

        圖2 射頻監(jiān)測系統(tǒng)框圖

        2.2 碼流監(jiān)測系統(tǒng)

        與模擬開路廣播電視監(jiān)測相比,地面數(shù)字電視監(jiān)測工作除射頻信號與音視頻質(zhì)量監(jiān)測外,還需要增加實時碼流監(jiān)測的內(nèi)容。在對數(shù)字電視節(jié)目進行監(jiān)測研判時,部分碼流層面的錯誤使得值班人員很難實現(xiàn)準確分析研判與識別。借助監(jiān)測前端配備的碼流分析儀,碼流監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)異常的節(jié)目碼流,并將報警信息與報警指標回傳至監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺。值班員通過報警級別及實時指標查找原因,排除隱患,保障安全播出。

        碼流監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示當前碼流的節(jié)目名稱、節(jié)目號、加密信息、提供商、業(yè)務(wù)類型、音視頻PID號以及碼率等信息;可將傳輸流中各類數(shù)據(jù)占比進行統(tǒng)計,計算傳輸速率、包長及網(wǎng)絡(luò)信息;計算PCR精度和間隔,并以動態(tài)圖形的方式顯示;將傳輸碼流中各路節(jié)目的電子節(jié)目以表格形式體現(xiàn),包括節(jié)目數(shù)量、節(jié)目號、名稱、提供商概述、載波頻率、調(diào)制方式以及符號率等[5]。系統(tǒng)將實時監(jiān)測的碼流與歷史模板數(shù)據(jù)進行分析比對,及時發(fā)現(xiàn)傳輸流中節(jié)目的數(shù)量和種類變化并進行報警;支持ETSI TR 101-290碼流三級錯誤報警,支持碼流信息模板報警,支持碼流對應(yīng)PID變化報警等。碼流監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。

        圖3 碼流監(jiān)測系統(tǒng)框圖

        2.3 音視頻監(jiān)測系統(tǒng)

        在整個地面數(shù)字電視監(jiān)測環(huán)節(jié)中,音視頻監(jiān)測是最為直觀、更符合監(jiān)測機構(gòu)值班人員對廣播電視信號監(jiān)測習(xí)慣的監(jiān)測手段。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)除了提供節(jié)目質(zhì)量監(jiān)測功能外,還能對節(jié)目質(zhì)量異態(tài)進行報警,并提供錄像存儲備查以及多畫面顯示功能。

        (1)音視頻播放。系統(tǒng)支持實時和錄制TS流回傳監(jiān)看、實時和錄制轉(zhuǎn)碼節(jié)目監(jiān)看。視頻節(jié)目采用H.264格式轉(zhuǎn)碼,音頻節(jié)目采用AAC格式轉(zhuǎn)碼,TS格式封裝,可采用HTTP/RTSP或RTMP等通用流媒體協(xié)議回傳。系統(tǒng)可顯示播放節(jié)目的EPG信息和信道、碼流的簡要參數(shù)。

        (2)音視頻質(zhì)量異態(tài)報警。系統(tǒng)利用監(jiān)測主機的硬件板卡對音視頻靜幀、無伴音、黑場、馬賽克及彩條等現(xiàn)象進行檢測并報警,且支持圖像色差和亮度報警。系統(tǒng)可根據(jù)重大情況歸類監(jiān)測,報警策略可自由配置。

        (3)多畫面集中顯示。每個監(jiān)測站配備多畫面服務(wù)器,支持畫面組織靈活的數(shù)字節(jié)目多畫面監(jiān)看模式,且具有高清顯示能力。

        3 監(jiān)測站技術(shù)要求

        監(jiān)測點的設(shè)置是否合理,會直接影響地面數(shù)字電視監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率。監(jiān)測人員在進行監(jiān)測前端選址時,應(yīng)結(jié)合當?shù)匦盘柛采w情況,保證信號接收質(zhì)量高、穩(wěn)定性強。對多重覆蓋監(jiān)測點進行重點監(jiān)測,在不同地區(qū)制定針對性的監(jiān)測措施,構(gòu)建完善的信號接收系統(tǒng)。

        基于地面數(shù)字電視監(jiān)測站的主要任務(wù)及功能,監(jiān)測站選址應(yīng)在發(fā)射臺覆蓋區(qū)域內(nèi),且盡量保證周圍地形開闊,電磁環(huán)境良好,利用性能良好的接收天線、接收機及頻譜監(jiān)測儀,保證能夠持續(xù)穩(wěn)定地接收地面數(shù)字電視信號;監(jiān)測站系統(tǒng)應(yīng)支持監(jiān)測任務(wù)本地獨立運行,自動接收中心平臺下發(fā)的各類指令并執(zhí)行,且組網(wǎng)靈活;監(jiān)測站系統(tǒng)應(yīng)能夠在無人值守的環(huán)境下24 h不間斷執(zhí)行監(jiān)測任務(wù),支持遠程控制。為了保證監(jiān)測工作及時準確,監(jiān)測站通信系統(tǒng)要求性能良好,網(wǎng)絡(luò)鏈路要求較高,電力系統(tǒng)應(yīng)配備UPS在線式不間斷電源和電源管理器,保證監(jiān)測工作在電力故障的情況下不受影響。

        4 結(jié) 語

        中央節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程已在全國各省市開展,此項工程投資大、覆蓋廣。如何對其進行準確高效的監(jiān)測監(jiān)管,保證國家投資效益,保障安全播出,是廣播電視監(jiān)管人的職責所在。構(gòu)建形成安全、穩(wěn)定且高效的地面數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng),能夠切實維護地面數(shù)字電視播出秩序,保障電視信號質(zhì)量,保障廣播電視無線數(shù)字化覆蓋水平,有效提升廣播電視公共服務(wù)行業(yè)工作質(zhì)量。

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