田晨光

（作者單位：寧夏廣播電視臺）

安全播出是廣播電視的生命線，近年來我國對于電視安全播出的質(zhì)量要求越來越高，安全要求越來越嚴。傳統(tǒng)的電視安全播出主要依靠人工進行故障的判斷和應(yīng)急處置，往往因為錯誤判斷和操作失誤，造成重大或特大安全播出事故，給廣播電視臺造成極大的負面影響。隨著廣播電視技術(shù)向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展，單純依靠人力保證安全優(yōu)質(zhì)播出已不能適應(yīng)當今廣播電視迅速發(fā)展的要求。通過對廣播電視技術(shù)的不斷探索和新技術(shù)的應(yīng)用，設(shè)計建設(shè)電視智能應(yīng)急自動切換系統(tǒng)，可以滿足電視安全播出的需求，為安全播出提供堅強有力的技術(shù)保障[1]。

《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽“十四五”發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《“十四五”發(fā)展規(guī)劃》）強調(diào)，健全現(xiàn)代化安防播控體系，筑牢守好廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽陣地，堅持總體國家安全觀，統(tǒng)籌發(fā)展，落實意識形態(tài)工作責任制和安全播出責任制，按照“字字千鈞、秒秒政治、天天考試”的要求，把好關(guān)口、守好陣地，強化安全播出，全面提升技術(shù)保障能力。不斷加強安全技術(shù)裝備，強化廣播電視安全播出應(yīng)急演練，著力提升廣播電視系統(tǒng)的安全防護、運行維護、應(yīng)急處置水平，筑牢安全播出屏障?！丁笆奈濉卑l(fā)展規(guī)劃》提出加強智慧廣電運維新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用，建立廣播電視智慧運維體系，不斷提升廣播電視各技術(shù)系統(tǒng)故障判斷、故障分析、應(yīng)急處置、技術(shù)巡檢、遠程調(diào)控等自動化水平和工作效能；進一步推進安全播出新技術(shù)的應(yīng)用，實現(xiàn)“以技術(shù)對技術(shù)，以技術(shù)管技術(shù)”的總體要求，強化廣播電視制播傳輸、安全管理、預(yù)警監(jiān)測、應(yīng)急處置系統(tǒng)能力，不斷提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和信息化水平[2]。

在電視播出系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的電視播出監(jiān)測系統(tǒng)主要是對電視播出信號進行監(jiān)測，對于監(jiān)測出的異常信號（黑場、靜音、靜幀等故障畫面）也只限于提供聲、光、電報警，并不能對異常信號進行自動應(yīng)急處理和干預(yù)，完全要依靠人工方式進行故障判斷和應(yīng)急處置。電視播出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)環(huán)節(jié)設(shè)備多，信號復(fù)用廣，導(dǎo)致電視播出信號輸出故障難以在短時間內(nèi)被排查出來，給應(yīng)急處置帶來了極大的困難和挑戰(zhàn)；人工應(yīng)急處置對于值班人員的業(yè)務(wù)要求非常高，值班人員不僅要非常熟悉電視播出系統(tǒng)流程，時刻保持應(yīng)急處置的工作狀態(tài)，更要在很短的時間內(nèi)進行正確的應(yīng)急處置。國家廣播電視總局將電視播出事故劃分為一般事故、重大事故和特大事故。重大事故界定為重保期的重點時段（省級上星頻道 ≥10 s）、非重保期的重點時段（省級上星頻道 ≥20 s）、重保期的日常時段（省級上星頻道 ≥45 s）、非重保期的日常時段（省級上星頻道≥1 s），以上因素都給值班工作帶來了不小的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的人工應(yīng)急處置方式已不能完全滿足現(xiàn)有的電視播出安全保障需求。

為切實做好電視安全播出工作，引入了智能應(yīng)急自動切換系統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計理念是將電視播出視音頻信號采集、監(jiān)測、比對分析及自動應(yīng)急切換功能匯集于一身，滿足電視播出安全化、智能化的要求。智能應(yīng)急自動切換系統(tǒng)可以對電視播出系統(tǒng)主、備鏈路中各節(jié)點的視音頻信號進行實時異態(tài)監(jiān)測，并對主、備鏈路中的同一視音頻信號進行一致性比對，完成邏輯分析判斷，通過預(yù)設(shè)策略機制和比對結(jié)果，可以實現(xiàn)對電視播出系統(tǒng)中主、備鏈路的故障信號進行自動控制切換，確保主、備鏈路信號播出正常。該系統(tǒng)提供自動/手動兩種應(yīng)急切換模式，自動切換精度可達到毫秒級，并擁有配套報警機制，通過語音、聲光、圖像、文字等形式對值班人員進行全方位提示告警。

1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)現(xiàn)有電視播出系統(tǒng)架構(gòu)，將智能切換系統(tǒng)植入電視播出系統(tǒng)中。首先，智能切換系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng)，不會影響電視播出系統(tǒng)原有的整體架構(gòu)和正常運行。智能應(yīng)急切換系統(tǒng)首先對電視播出系統(tǒng)環(huán)節(jié)上主、備鏈路及各節(jié)點信號進行多路實時采集，并對分組后的信號內(nèi)容進行異態(tài)檢測，實施一致性比對。其次，每組比對任務(wù)可完成多個監(jiān)測節(jié)點之間的信號比對，通過一致性比對配置參數(shù)執(zhí)行多個比對任務(wù)。再次，智能應(yīng)急切換系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急策略對主、備鏈路節(jié)點上同一視音頻信號進行一致性比對，并分析產(chǎn)生比對結(jié)果，如果出現(xiàn)單路節(jié)點比對異常，將觸發(fā)應(yīng)急切換指令，如果出現(xiàn)雙路節(jié)點比對同時異常，將觸發(fā)報警機制，提請人工手動干預(yù)策略。

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)主要由智能匯總管理平臺、視音頻信號采集模塊、視音頻信號監(jiān)測報警模塊、一致性比對分析模塊、智能切換模塊等部分構(gòu)成。智能匯總管理平臺作為該系統(tǒng)的大腦，具有異常結(jié)果匯總過濾、比對結(jié)果匯總過濾、多組異態(tài)結(jié)果邏輯判斷、多組比對結(jié)果邏輯判斷、異態(tài)時長閾值判斷、比對不一致時長閾值判斷、應(yīng)急面板指令發(fā)布、UI界面（用戶界面）告警結(jié)果推送、檢測結(jié)果數(shù)據(jù)庫記錄等功能。

視音頻信號采集模塊、視音頻信號監(jiān)測報警模塊、一致性比對分析模塊為該系統(tǒng)核心應(yīng)用模塊，主要負責電視播出系統(tǒng)信號的采集、信號異常監(jiān)測、信號一致性比對分析，并將檢測結(jié)果發(fā)布給智能匯總管理平臺。視音頻信號監(jiān)測報警模塊主要是對采集后的視音頻信號進行實行監(jiān)測，對采集信號的監(jiān)測范圍包括靜幀、黑場、彩場、彩條、信號丟失、靜音、左/右聲道音頻反相、幅型變換、臺標、高清時鐘、特定包裝圖案、底飛字幕等[3]。一致性比對分析模塊負責對主、備（或多組）視頻信號之間差異、延時、偏移進行分析，主要是基于視頻信號的圖像匹配，采用圖像內(nèi)容匹配檢測、視頻信號延時測量和像素漂移檢測?？苫趫D像匹配方法，包括圖像內(nèi)容匹配、像素漂移檢測。一致性比對分析模塊支持比對模板的創(chuàng)建，過濾不需要比對的區(qū)域，可以根據(jù)用戶的實際情況設(shè)置異常故障報警閾值和比對忽略閾值。

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)（見圖1）在進行信號監(jiān)測的同時，將采集信號轉(zhuǎn)為IP流發(fā)送到客戶端工作站，為值班人員提供高質(zhì)量、低延遲的IP信號預(yù)覽。智能匯總管理平臺通過串口線纜與應(yīng)急切換面板連接，應(yīng)急切換面板經(jīng)通用接口（General Purpose Interface，GPI）與電視播出系統(tǒng)末級信號切換3選1倒換設(shè)備互接，通過邏輯分析和門限閾值，智能匯總管理平臺可控制3選1倒換設(shè)備來實現(xiàn)主路、備路、二備信號的應(yīng)急切換，同時應(yīng)急切換面板的狀態(tài)與客戶端顯示界面的信息保持同步一致，確保智能應(yīng)急切換系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運行。

圖1 智能應(yīng)急切換系統(tǒng)關(guān)聯(lián)圖

2 核心技術(shù)模塊

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)的核心部分是由視音頻信號采集模塊、視音頻信號監(jiān)測報警模塊、一致性比對分析模塊和智能控制切換模塊相互協(xié)同工作，共同完成電視播出信號的監(jiān)測、報警、一致性比對分析和自動應(yīng)急倒換。

2.1 視音頻信號采集模塊

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)采用專業(yè)視音頻采集服務(wù)器，配置嵌入式專業(yè)視音頻采集板卡，實現(xiàn)一機多卡、一卡多路的采集功能，滿足廣播電視系統(tǒng)標清（SD）或高清（HD-SDI）接口的視音頻信號采集，串行數(shù)字接口（Serial Digital Interface，SDI）是廣播電視專業(yè)通用標準接口。視音頻信號采集模塊對電視播出信號進行實時采集和編碼，并將視音頻信號轉(zhuǎn)為IP流推送至一致性比對分析服務(wù)器和客戶端工作站。

2.2 視音頻信號監(jiān)測報警模塊

視音頻信號監(jiān)測報警模塊主要采用的是逐幀檢測的方式，目的是以最快的速度發(fā)現(xiàn)異常情況，以達到最高的靈敏度。視音頻監(jiān)測的異常范圍主要包括視頻丟失、黑場、靜幀、臺標異常、彩條、彩場、靜音、左/右聲道音頻反相等。

視音頻信號監(jiān)測報警模塊配置異常監(jiān)測報警門限，主要基于頻道等級、重要保障期、重點時段、報警持續(xù)時長、責任單位屬性來設(shè)定報警等級和判定規(guī)則。系統(tǒng)也可以根據(jù)選擇的報警頻道屬性和報警等級自動匹配報警參數(shù)，值班人員可以對報警結(jié)果進行審核。而在實際電視節(jié)目播出特效中經(jīng)常會出現(xiàn)短暫的黑場、靜幀、靜音等內(nèi)容，為避免系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)誤報信息，提高監(jiān)測的準確性，在此需要配置異常監(jiān)測報警門限，并優(yōu)化報警參數(shù)。異常監(jiān)測報警門限設(shè)定主要依據(jù)是廣播電視專業(yè)技術(shù)指標和國家廣播電視總局界定的安全播出事故等級標準。

2.3 一致性比對分析模塊

傳統(tǒng)信號監(jiān)測報警系統(tǒng)只能監(jiān)測單一信號的狀態(tài)，不能對所監(jiān)測的信號進行一致性比對和分析。一致性比對分析模塊主要負責電視播出系統(tǒng)中同一信號內(nèi)容在主、備鏈路上的相關(guān)性比對，利用幀間提取特征值算法對信號進行比對分析。當電視播出系統(tǒng)主、備鏈路中出現(xiàn)了單路音視頻信號異態(tài)，該模塊根據(jù)比對信號分組進行比對分析，依據(jù)邏輯策略，快速定位。因為電視播出系統(tǒng)建有統(tǒng)一的同步系統(tǒng)，所以同一信號在經(jīng)過不同鏈路和不同設(shè)備時，延時差異并不明顯，但是不同鏈路上各設(shè)備編解碼方式有所不同，所以視頻和音頻信號會有不同的細小差別，對于這種人眼無法識別的差異，一致性比對分析模塊也可以快速識別和判斷，為整個播出系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)提供依據(jù)。

2.4 智能控制切換模塊

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)在滿足觸發(fā)條件時，能夠快速進行自動倒換，對即時性故障做到1 s內(nèi)完成自動倒換（如信號丟失、黑場、彩場、彩條等），對于其他需要時間累積的故障（如靜幀、靜音等），系統(tǒng)能夠以最快的速度進行處理且時間不超過3 s，應(yīng)急切換時間完全符合國家廣播電視總局界定的播出事故最小范圍。

智能控制切換模塊在系統(tǒng)中配置客戶端工作站、應(yīng)急切換面板、3選1倒換設(shè)備、報警音箱、顯示器?？蛻舳斯ぷ髡局饕菫橹蛋嗳藛T提供系統(tǒng)播出信號界面展示和聲光報警，負責人機交互，實現(xiàn)信號節(jié)點的畫面預(yù)覽、觸摸屏應(yīng)急切換、文字報警提示、語音報警、自動倒換提示、日志查詢及系統(tǒng)運行狀態(tài)等功能。應(yīng)急切換面板提供自動/手動兩種切換模式，在自動模式下，系統(tǒng)根據(jù)比對分析檢測結(jié)果，作出邏輯判斷，由應(yīng)急切換面板通過GPI控制主、備鏈路3選1倒換設(shè)備，實現(xiàn)信號的倒換，并且在面板上可以實時反饋在播信號源的狀態(tài)。在特殊情況下，可以切換到手動模式，手動模式具備最高優(yōu)先權(quán)。應(yīng)急面板內(nèi)置蜂鳴報警器，并具備面板鎖定功能，可有效避免人為誤操作。此外，應(yīng)急切換面板配置心跳檢測接口，定期發(fā)送心跳監(jiān)測數(shù)據(jù)給智能匯總管理服務(wù)器，服務(wù)器可以實時檢測其在線狀態(tài)，如發(fā)生意外掉電或設(shè)備故障，系統(tǒng)會及時發(fā)出報警提示。

3 相關(guān)技術(shù)

3.1 信號比對節(jié)點的選擇和數(shù)量

為確保比對分析結(jié)果的準確性，對信號比對節(jié)點的選擇就尤為重要，可以選擇主、備鏈路間不同設(shè)備的信號比對分析，主、備鏈路末級信號的比對分析，主、備信號源之間的比對分析[4]。一致性比對分析模塊能夠?qū)崿F(xiàn)多組同一信號的比對和分析，并根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的策略、多種比對組合邏輯，適配不同應(yīng)用場景、不同節(jié)目特性、不同時段，完成異態(tài)信號的比對分析。

信號節(jié)點的比對分析數(shù)量越多，比對關(guān)系任務(wù)越緊密，比對分析產(chǎn)生的結(jié)果越精確。比對分析節(jié)點的關(guān)系任務(wù)可根據(jù)實際情況進行手動調(diào)整。具體比對關(guān)系如圖2、圖3所示：

圖2 高清信號比對關(guān)系設(shè)計

圖3 高清—標清信號比對關(guān)系設(shè)計

3.2 一致性比對分析技術(shù)

一致性比對分析模塊作為系統(tǒng)的重要核心，主要是對視音頻信號的一致性進行比對分析，有效地測量主、備鏈路視音信號之間的差異、延時、偏移。一致性比對模塊通過特殊算法提取特征值來進行比對分析，特征值是一組能夠完全表征視頻圖像內(nèi)容或音頻內(nèi)容的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。該模塊對采集后的視頻節(jié)目進行逐幀區(qū)域劃分，主要是尋找視頻圖像中的關(guān)鍵點及其坐標位置，以及關(guān)鍵點周圍的光照變化信息等。音頻特征值按照時間進行分割，對采集音頻脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation，PCM）數(shù)據(jù)進行分幀處理，并對分幀處理后的每一幀數(shù)據(jù)進行特殊計算，將音頻數(shù)據(jù)從時域轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù)，然后從頻譜分片獲取音頻特征值。在進行特征值提取時對每幀視頻特征值和音頻特征值賦予連續(xù)計數(shù)標識，可以作為比對同步的依據(jù)。

一致性比對分析模塊在比對環(huán)節(jié)中建立視音頻特征值緩沖區(qū)，在緩沖區(qū)內(nèi)對視音頻信號進行初步同步，比對服務(wù)器在一個比對任務(wù)中會收集兩組特征值進行比對，假定其中“a1”和“b2”對應(yīng)的畫面內(nèi)容是一致的，“a2”和“b3”對應(yīng)的畫面是一致的，以此類推，“a(N-1)”和“b(N)”對應(yīng)的畫面是一致的，“a1”和“b2”在各自數(shù)組中的位置分別是第1個和第2個，1-2=-1，-1就是經(jīng)過查找同步確定的幀差參數(shù)，初步建立同步關(guān)系[5]；此時，還須建立精確同步關(guān)系，當信號中出現(xiàn)轉(zhuǎn)場關(guān)鍵幀，可以利用轉(zhuǎn)場關(guān)鍵幀作為同步的判決條件，建立精確同步，直到比對關(guān)系結(jié)束。

3.3 觸摸屏技術(shù)

觸摸屏的設(shè)計是將屏幕監(jiān)看和應(yīng)急切換合而為一，以便捷的方式顯示“主路、備路、二備”當前可用信號的狀態(tài)，并提供在播信號的監(jiān)看功能，還可以為用戶提供系統(tǒng)的運行模式、報警提示和播出日志信息等。觸摸屏擁有多種顯示布局模式，可以實現(xiàn)單個頻道監(jiān)看，也可以同時劃分多個頻道的信號監(jiān)看，每路監(jiān)看信號可標識不同顏色來區(qū)分播出信號的狀態(tài)，為人工手動應(yīng)急提供快速判斷和選擇。

觸摸屏作為應(yīng)急切換面板的輔助設(shè)備，通過觸控屏按鍵提供快速人工手動應(yīng)急切換，還可以實現(xiàn)一鍵多切和一鍵全切的應(yīng)急操作模式，也支持多點觸摸，實現(xiàn)“組合鍵”操作設(shè)置，同時在保護模式下，可實現(xiàn)強制切換操作，從而有效提高觸摸屏使用的安全性[6]。

4 結(jié)語

智能應(yīng)急切換系統(tǒng)的使用為電視播出系統(tǒng)的安全性帶來了保障，實現(xiàn)降低安全播出差錯率和事故等級，提高安全播出運行與管理水平的目標，減輕了一線值班人員的工作壓力，提高了電視播出安全保障能力，為智慧廣電轉(zhuǎn)型升級提供了新的思路，也是落實國家智慧廣電戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)。