摘要：本文概述了廣播電視衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的重要性和發(fā)展現(xiàn)狀，探討了音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的結構、原理與功能，介紹了音視頻監(jiān)測系統(tǒng)運行的告警原理和實現(xiàn)手段，以及如何根據(jù)廣播電視節(jié)目的需要進行具體配置。

關鍵詞：廣播電視;衛(wèi)星地球站;音視頻監(jiān)測;智能化;自動化

隨著廣播電視技術的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)字電視日益普及，廣播電視的收聽收看方式與內(nèi)容逐漸多樣化。從傳輸覆蓋媒介上看，廣播電視有衛(wèi)星、有線、微波、互聯(lián)網(wǎng)絡、移動網(wǎng)絡等多種傳播方式。目前，廣播電視衛(wèi)星傳輸手段仍然是廣播電視傳輸最便捷、最可靠、最普及的的手段。

廣播電視作為人們?nèi)粘Ｉ钪蝎@取新聞、消息和消遣的一種基本需求，它的信號傳輸覆蓋范圍和質量關系到國家層面的媒體信息傳播能力，是黨和國家的聲音傳入千家萬戶的基本保障。

為了保證消費者的體驗，保證國家政令暢通，廣播電視節(jié)目的營運自然要追求高可靠性和高安全性。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標就是保證各類廣播電視播出信號的傳播內(nèi)容安全和傳輸質量安全，從而實現(xiàn)廣播電視業(yè)務安全播出這一根本目標。

1.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)功能介紹

音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能是及時進行異態(tài)報警。智能化和自動化是監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展目標。在安全播出監(jiān)測過程中，監(jiān)測系統(tǒng)可以自動發(fā)現(xiàn)播出過程中的異態(tài)。比如內(nèi)容層面可以有效發(fā)現(xiàn)畫面黑場、靜幀、馬賽克、聲音丟失等錯誤，傳輸層面可以對照標準有效發(fā)現(xiàn)傳輸延時越界、碼率抖動越界等錯誤。

可視化顯示是安全播出監(jiān)測的重要方面。信號、內(nèi)容、網(wǎng)絡、設備、報警等多種信息均需要在大屏上呈現(xiàn)。大屏顯示不僅讓抽象的信息可視化，同時也是協(xié)同分析會商的有效工具。

衛(wèi)星地球站可視化信號監(jiān)測系統(tǒng)，針對地球站的業(yè)務特點，對衛(wèi)星節(jié)目的信源環(huán)節(jié)、中間傳輸環(huán)節(jié)以及衛(wèi)星下行環(huán)節(jié)進行實時全面的監(jiān)測。通過對各環(huán)節(jié)信號的信道質量、信號頻譜、視音頻質量、以及上行和下行接收信號的碼流內(nèi)容比對達到安全覆蓋的目的。

在音視頻監(jiān)測系統(tǒng)中，廣播電視信號提取方面，衛(wèi)星接收天線接收到衛(wèi)星信號后輸出射頻信號到衛(wèi)星接收機或其他接收設備，接收設備對射頻信號進行解調輸出ASI流，ASI流包含多路復用的TS流或單路TS清流，ASI流的采集可以直接用ASI采集卡采集，也可以輸出到解復用設備解成TS清流后組播輸出。目前在衛(wèi)星地球站普遍使用的是第二種方法。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)就是針對解復用組播輸出的TS清流進行解碼、分析、判斷和報警。

2.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)結構介紹

目前的音視頻監(jiān)測系統(tǒng)主要分為6個系統(tǒng)模塊：信號接收系統(tǒng)、監(jiān)測顯示系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、轉碼存儲系統(tǒng)、集中報警系統(tǒng)、網(wǎng)絡系統(tǒng)。

信號接收系統(tǒng)負責接收電視信號，并將信號轉換成可監(jiān)測和轉碼存儲的數(shù)據(jù)，分別供音視頻監(jiān)測顯示子系統(tǒng)和轉碼子系統(tǒng)使用。數(shù)字衛(wèi)星接收機和其他接收設備對接收信號進行解擾，解擾后的碼流作為轉碼存儲系統(tǒng)的輸入，進入核心交換機。

轉碼存儲系統(tǒng)用于轉換數(shù)字電視節(jié)目的格式，將MPEG2編碼的數(shù)字節(jié)目通過專用設備轉碼成MPEG4格式的文件，以IP流的形式進入傳輸交換網(wǎng)絡，進行實時發(fā)布和存儲，對于單節(jié)目的TS流，可直接轉碼為MPEG4文件進行發(fā)布和存儲。網(wǎng)絡化的節(jié)目傳輸鏈路則可以在各個監(jiān)測點提取IP節(jié)目流進行監(jiān)測，這也是音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

監(jiān)測顯示系統(tǒng)用來實時進行音視頻的監(jiān)聽監(jiān)看，并實現(xiàn)某個監(jiān)控節(jié)目源的切出獨立顯示。系統(tǒng)可以對監(jiān)測點顯示的節(jié)目可以進行隨意切換。值班人員可以根據(jù)需要快速切換出想要監(jiān)測的畫面和聲音。

集中報警系統(tǒng)通過聲光告警簡寫迅速地顯示告警內(nèi)容，通常有靜幀、黑場、無伴音等報警功能，通常以文字推送和語音播報的形式顯示報警信息，值班人員可以通過集中報警顯示來查看當前所有音視頻監(jiān)測報警信息，同時歷史告警數(shù)據(jù)會記錄到數(shù)據(jù)庫中，可以進行實時查詢。集中報警系統(tǒng)輔以輪巡多畫顯示能夠更好的實現(xiàn)提示告警，使得值班的工作人員能夠準確、快速的發(fā)現(xiàn)故障節(jié)目，直觀的了解故障現(xiàn)象，從而準確判斷故障原因，快速進行處理。出現(xiàn)告警時，語音報警服務器會顯示告警，并自動語音播報。告警結束后，告警顯示恢復，語音播報告警恢復。

管理系統(tǒng)幫助實現(xiàn)統(tǒng)計分析、業(yè)務配置、數(shù)據(jù)查詢、報表生成 、系統(tǒng)管理等功能。對于音視頻監(jiān)測系統(tǒng)一個重要功能是錄像查詢功能，對已經(jīng)發(fā)生的異常情況自動記錄，采用分布式存儲方式，錄像節(jié)目存儲于轉碼存儲設備中，同時支持錄像導出。錄像查看可以按頻道和時間進行查詢，支持時間查詢從錄像文件的任意時刻開始。

網(wǎng)絡系統(tǒng)：通過VLAN劃分策略，根據(jù)網(wǎng)絡模塊化設計原則及監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務特點，依照各子系統(tǒng)的功能將整個網(wǎng)絡劃分為若干VLAN。各VLAN內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉發(fā)機制與傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡一致，且不會影響到其他的VLAN;VLAN間的通信將由核心交換機提供的VLAN間三層路由實現(xiàn)。網(wǎng)絡系統(tǒng)幫助實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全運行，能夠有效抑制網(wǎng)絡風暴，避免廣播數(shù)據(jù)對整個網(wǎng)絡和服務器的資源損耗。

3.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)報警原理

對于一般監(jiān)測系統(tǒng)，衛(wèi)星天線接收到廣播電視信號后輸出射頻信號到衛(wèi)星接收機或其他接收設備，接收設備對射頻信號進行解調輸出ASI形式的TS流，TS流中包含多路復用的TS流或單路TS清流，也可以輸出到解復用設備解成TS清流后組播輸出。音視頻監(jiān)測報警系統(tǒng)就是針對輸出的TS清流進行解碼、分析、判斷和報警。

報警系統(tǒng)通過分析TS流中的PID信息捕獲音頻碼流，對音頻碼流進行解碼就可以得到原始采樣的音頻數(shù)據(jù)。音頻數(shù)據(jù)按不同聲道依次排列。

3.1音頻報警

對于音頻報警，系統(tǒng)按照不同聲道取出的音頻數(shù)據(jù)就是該聲道的音量值，我們預先設定了音量閾值，如果實際音量值在一段時間內(nèi)一直保持在我們預先設定的閾值以下，該時間段的音頻就處于靜音狀態(tài)。因為可以對不同聲道進行取值，所以靜音報警可以針對每個聲道進行單獨報警。目前，衛(wèi)星信號中傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)往往是用同一個PID傳輸兩路音頻信號，左聲道可能是電視伴音，右聲道可能是一路廣播節(jié)目。對于這種情況，由于監(jiān)測對象的不同就要區(qū)分不同聲道進行報警。音頻報警類型主要是無伴音告警。

3.2視頻報警

對于視頻報警，系統(tǒng)接收到的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)過一系列處理解碼后，得到的是每一幀YUV格式的圖像，其中Y代表圖像中像素點的亮度信號，UV是像素點的色差信號。將每幀圖像需要判斷的范圍，除去各種疊加圖像的干擾，分成若干個大小相同的子區(qū)域，取每個區(qū)域的亮度值Y的總合建成一個m*n的亮度矩陣，通過對亮度矩陣的分析來判斷報警。

視頻報警主要包括黑屏和靜幀告警。亮度矩陣的所有亮度值均小于一個設定的閾值，并持續(xù)一個設定的時間段，則該時間段圖像為黑場，報出黑屏報警，如果沒有視頻輸入，那么判定無數(shù)據(jù)，同時會輸出黑場圖像，也會報出黑屏告警。 對于靜幀報警，如果本幀的亮度矩陣與緩存的前一幀的亮度矩陣相似，也就是說每個對應位置的亮度值都基本相同，那么這兩幀圖像相似。如果一個時間頻段內(nèi)的視頻信號所有連續(xù)的兩幀圖像均相似，那么該時間段內(nèi)圖像靜幀，報出靜幀報警。

3.3報警組合

當音頻信號出現(xiàn)靜音或者視頻信號出現(xiàn)靜幀或黑場等異常情況時，系統(tǒng)會自動判斷并計時，當異常信號持續(xù)一定時長（預先設定的可更改的閾值），系統(tǒng)產(chǎn)生報警。當信號恢復正常后，停止報警。

報警組合有兩種報警類型，一是只有音頻靜音而同時刻沒有視頻報警時產(chǎn)生報警，如：無伴音報警。二是另一種視頻信號異常，同時對音頻信號進行測量產(chǎn)生組合的報警，如：黑場無伴音、黑場有伴音、靜幀無伴音、靜幀有伴音。 需要注意的是，同一時刻只有一種報警存在，例如，如果先報的是靜幀無伴音，如果靜幀結束但無伴音仍然存在，系統(tǒng)將先報靜幀無伴音結束，然后接著報無伴音開始，直到有伴音后再報無伴音結束。

在實際應用中，很多正常節(jié)目會出現(xiàn)長時間靜幀或無聲情況，如財經(jīng)類節(jié)目或棋類節(jié)目就經(jīng)常會出現(xiàn)長時間靜止解說畫面。為了避免經(jīng)常性誤報警，此類節(jié)目的報警閾值可以適當?shù)募哟?，如果普通?jié)目的靜幀閾值設的是10秒，此類節(jié)目的閾值可以設為20秒。

監(jiān)測系統(tǒng)為每個節(jié)目的不同報警（靜音、黑場、靜幀）都可以設定閾值，閾值應該根據(jù)每個節(jié)目的實際情況來專門設定。監(jiān)測系統(tǒng)為不同的節(jié)目設置不同的報警閾值，降低誤報警的幾率。

4.音視頻報警配置原則

音視頻檢測系統(tǒng)的告警配置在每一臺監(jiān)測報警服務器上，由監(jiān)測報警服務器將報警推送至集中報警系統(tǒng)、輪巡多畫系統(tǒng)、語音報警服務器等進行不同形式的顯示，如：語音、日志、OSD、數(shù)據(jù)庫、短信、標題欄、邊框等。

以衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)為例，大屏監(jiān)看顯示服務器收到報警后，通過顯示邊框變色提示告警;語音報警服務收到報警后，會產(chǎn)生相應聲光告警;輪巡多畫系統(tǒng)收到報警后，會彈出節(jié)目畫面，顯示報警內(nèi)容;轉碼服務器收到報警后，如果設置了觸發(fā)錄像報警的故障觸發(fā)時，系統(tǒng)還會對所有報警節(jié)目所在的碼流通道進行錄制。

在具體的設置中，系統(tǒng)支持多種情況下的故障監(jiān)測，包括黑場、靜幀、視頻丟失、解碼異常、臺標丟失等等視頻故障監(jiān)測，支持音頻丟失、音量過高、音量過低等音頻故障監(jiān)測。但是對于衛(wèi)星地球站來說，對內(nèi)容的關注度不高，對傳輸質量的關注度較高，因此，衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的告警類型側重于與傳輸質量有關的黑屏、靜幀、無伴音告警。

對于音頻參數(shù)，可以對聲道、音頻丟失、音頻加擾、靜音、音量過高、音量過低等項目進行判斷，對于音頻丟失的時長和判斷音頻丟失的電平門限等內(nèi)容可以根據(jù)用戶需要進行設置。對于視頻參數(shù)，可以對視頻丟失、視頻加擾、馬賽克、解碼異常、黑場、靜幀、彩條、臺標等視頻故障進行檢測，對故障的持續(xù)時間，根據(jù)不同節(jié)目的實際情況進行設置，部分項目可以精確到每一幀圖像進行檢測。

對所有廣播電視節(jié)目，音視頻監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)節(jié)目內(nèi)容和以往監(jiān)測經(jīng)驗進行分類，對判決門限設置略有不同。對常常出現(xiàn)靜止畫面的，如棋類節(jié)目和節(jié)目源容易出現(xiàn)異常的波動節(jié)目，門限設置會更寬松;對節(jié)目源相對穩(wěn)定、很少出現(xiàn)音視頻告警的節(jié)目，門限設置相對嚴格。

5.結語

廣播電視地球站肩負著大量廣播電視節(jié)目的傳輸工作，是黨和國家的喉舌和形象，信號傳輸?shù)馁|量安全極為重要。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)通過節(jié)目傳輸?shù)闹匾コ龉?jié)點進行監(jiān)測和把控，及時發(fā)現(xiàn)傳輸問題并針對故障進行報警，使從發(fā)射到接收的全鏈路都在監(jiān)測之內(nèi)，使專業(yè)技術人員可以應對故障進行異態(tài)處置，確保了廣播電視信號穩(wěn)定傳輸，在廣播電視安全傳輸發(fā)射中發(fā)揮著極其重要的作用。

作者簡介：解林娜（1986-），女，漢，河北，國家廣播電視總局北京地球站，本科，廣播電視衛(wèi)星傳輸發(fā)射。