劉天宇

（中央廣播電視塔，北京 100142）

0 引 言

數(shù)字電視廣播已在國內(nèi)全面鋪開和使用，各發(fā)射臺站的播出能力不斷增強，安全播出壓力也在不斷增加。如何有效地對信號傳輸質(zhì)量和播出質(zhì)量進行監(jiān)測，各一線機房投入了大量的研究力量。隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展和IP傳輸協(xié)議的完善，電視監(jiān)測系統(tǒng)逐漸向IP結(jié)構(gòu)化過渡[1]，基于TS over IP信號碼流的監(jiān)測方式和節(jié)目多畫面監(jiān)測功能，在播出一線實踐工作中發(fā)揮了應(yīng)有的作用。本文結(jié)合機房目前安全播出實際工作，對基于TS over IP技術(shù)的電視監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計原則、功能架構(gòu)及保障能力進行研究探討。

1 系統(tǒng)設(shè)計原則

隨著數(shù)字電視對模擬電視的取代以及5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的逐漸普及，廣播電視行業(yè)的更新?lián)Q代速度也在不斷加快[2]，這就需要監(jiān)測系統(tǒng)既要立足當(dāng)下需求，遵循標(biāo)準(zhǔn)、安全可靠、保障安全播出等原則，又要滿足可升級、可拓展的特性。因此，監(jiān)測系統(tǒng)在系統(tǒng)設(shè)計與構(gòu)建過程中，遵循以下原則和規(guī)范。

（1）標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范化原則。整套監(jiān)測系統(tǒng)方案及相關(guān)設(shè)備、軟件設(shè)計需完全滿足國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)；無國內(nèi)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的，需參照相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)。所有設(shè)備需遵循國家規(guī)范，能夠有效地杜絕、限制黑客非法入侵，確保系統(tǒng)安全。

（2）穩(wěn)定實用性原則。系統(tǒng)硬件設(shè)備采用標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)、模塊化設(shè)計，通過科學(xué)合理的設(shè)備選型和網(wǎng)絡(luò)搭建，最大可能地降低系統(tǒng)運行的長期成本；通過細化功能和單個設(shè)備結(jié)構(gòu)簡化，在某個模塊出現(xiàn)問題的時候，可以方便地進行更換和維修，以保證系統(tǒng)長期穩(wěn)定運行，進而保證整個平臺的穩(wěn)定和安全。

（3）集成化管理原則。系統(tǒng)部署健全的網(wǎng)絡(luò)管理接口，具備能對所有附屬設(shè)備進行全面實時監(jiān)控的集成化管理平臺[3]。軟件系統(tǒng)可對實時監(jiān)聽監(jiān)看、錄像數(shù)據(jù)查詢、報警數(shù)據(jù)查詢、監(jiān)測業(yè)務(wù)配置等功能進行配置和管理。同時，系統(tǒng)可根據(jù)不同時期和需要進行升級，升級過程中業(yè)務(wù)不間斷，原設(shè)備能正常使用。

（4）可拓展原則。監(jiān)測系統(tǒng)需具備充分的拓展性，為節(jié)目、頻道更換及新業(yè)務(wù)的開展做好充分準(zhǔn)備。拓展設(shè)備不僅包括前端系統(tǒng)硬件，還應(yīng)包括符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的新的業(yè)務(wù)設(shè)備。監(jiān)測系統(tǒng)組網(wǎng)方案采用開放式設(shè)計[4]，保證系統(tǒng)與外部設(shè)備、系統(tǒng)有良好的集成性能，對符合前端平臺標(biāo)準(zhǔn)的第三方設(shè)備可實現(xiàn)兼容。

2 系統(tǒng)主體架構(gòu)

地面數(shù)字電視播出監(jiān)測系統(tǒng)是將多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)、主畫面展示系統(tǒng)、鏈路監(jiān)測展示系統(tǒng)、語音報警服務(wù)系統(tǒng)、故障輪巡告警系統(tǒng)等具備不同功能的子系統(tǒng)整合在統(tǒng)一的SOP安全運維平臺上，通過瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式操作，值班員在使用和管理中更加方便有效。瀏覽器訪問模式簡化了操作，極大地提升了工作效率。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 監(jiān)測系統(tǒng)功能框圖

本監(jiān)測系統(tǒng)平臺的硬件主要包括嵌入式監(jiān)測板卡、編解碼器及監(jiān)測主機等，集智能網(wǎng)、數(shù)據(jù)通信、監(jiān)測及平臺管理等技術(shù)于一體，利用多種監(jiān)測控制手段，準(zhǔn)確及時地發(fā)現(xiàn)各種故障，提高管理效率，保障通信網(wǎng)絡(luò)暢通和系統(tǒng)安全運行，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。系統(tǒng)內(nèi)各子系統(tǒng)及相關(guān)硬件均采用模塊化設(shè)計，同時具備良好的拓展性，當(dāng)系統(tǒng)增加功能、節(jié)目或有其他變動時，可靈活配置和添加組件。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 子系統(tǒng)簡介

3.1 多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)

基于TS over IP技術(shù)的多畫面監(jiān)測報警系統(tǒng)，具有多畫面組合顯示、節(jié)目傳輸信道碼流監(jiān)測、加密節(jié)目解密解擾、各節(jié)點節(jié)目轉(zhuǎn)碼錄像以及網(wǎng)絡(luò)平臺綜合監(jiān)管等功能，對地面數(shù)字電視視頻、音頻進行內(nèi)容監(jiān)測，具有廣泛的應(yīng)用性。

3.2 SOP安全運維平臺

SOP系統(tǒng)具備強大的綜合管理能力，提供了對數(shù)字電視節(jié)目播出和傳輸網(wǎng)絡(luò)各環(huán)節(jié)的碼流、信道、視音頻故障監(jiān)測管理平臺，同時還具備軟硬件及監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄和集中配置監(jiān)管等功能。

3.3 主畫面展示系統(tǒng)

主要應(yīng)用于控制室中央大屏節(jié)目監(jiān)聽監(jiān)看，實現(xiàn)重點節(jié)目、重點時段的集中注意。主畫面展示系統(tǒng)與多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)在軟件內(nèi)聯(lián)動，通過自定義配置一級界面和二級界面，可以從客戶端調(diào)度任意一個節(jié)目到中央大屏上顯示，并通過中央音箱監(jiān)聽。

3.4 鏈路監(jiān)測展示系統(tǒng)

鏈路監(jiān)測展示系統(tǒng)針對各頻道信號采樣監(jiān)測點在一個鏈路畫面中進行展示，可以精準(zhǔn)定位對應(yīng)信號、頻道報警，同時支持SOP系統(tǒng)調(diào)度、多環(huán)節(jié)信號監(jiān)測、多個視音頻實時播放等功能。鏈路監(jiān)測展示能讓值班人員更直觀地觀察了解各頻道節(jié)目鏈路和機房網(wǎng)絡(luò)的全景鏈路，故障報警發(fā)生時，也可以第一時間找到故障節(jié)點并進行應(yīng)急操作。

3.5 語音報警服務(wù)系統(tǒng)

語音報警服務(wù)系統(tǒng)的主要功能是收集前端各子系統(tǒng)監(jiān)測反饋的各種故障信息并進行語音報警，可以自行根據(jù)各頻道的不同情況設(shè)計播報邏輯，還可設(shè)置循環(huán)模式和屏蔽模式。

3.6 故障輪巡告警系統(tǒng)

故障輪巡告警系統(tǒng)實時接收語音報警服務(wù)系統(tǒng)同步過來的節(jié)目報警、報警恢復(fù)信息以及配置命令，也支持直接從各數(shù)字前端獲取節(jié)目信息和節(jié)目報警信息，根據(jù)設(shè)置的報警等級，在控制室中央故障輪巡大屏展示報警，確保值機員第一時間發(fā)現(xiàn)異常狀態(tài)。

3.7 監(jiān)測畫面管理平臺

監(jiān)測畫面管理平臺主要用于對控制室大屏進行布局，可以根據(jù)節(jié)目和頻道實現(xiàn)任意畫面組合。監(jiān)測畫面管理平臺與多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)相互配合，可以實現(xiàn)通過一臺主機對監(jiān)測大屏的各顯示屏幕進行布局，并且可以提前部署多種布局方案，實現(xiàn)在不同場景下一鍵改變畫面布局。

4 監(jiān)測內(nèi)容

4.1 視音頻質(zhì)量監(jiān)測

監(jiān)測系統(tǒng)對所有頻道的采樣點信號進行質(zhì)量監(jiān)測，實現(xiàn)異態(tài)報警。在視頻層面，支持的報警有黑場、馬賽克、視頻丟失、靜幀故障等視頻故障監(jiān)測；在音頻層面，支持的報警包括音頻丟失、靜音故障、左右聲道監(jiān)測以及5.1聲道監(jiān)測等音頻故障監(jiān)測。本監(jiān)測系統(tǒng)還具有實時信道指標(biāo)監(jiān)測和記錄查詢功能，此外，當(dāng)信號源編碼格式改變時，支持通過增加板卡或軟件升級，滿足視音頻質(zhì)量監(jiān)測的要求。

4.2 播出鏈路監(jiān)測

根據(jù)不同頻道的鏈路信號，在每個頻道不同環(huán)節(jié)設(shè)置采樣點，根據(jù)鏈路監(jiān)測示意圖，部署了eLink鏈路監(jiān)測系統(tǒng)，可以同時展現(xiàn)相應(yīng)環(huán)節(jié)上的視頻圖像及音頻柱狀顯示條，實現(xiàn)對信號傳輸鏈路的全景監(jiān)測。

4.3 監(jiān)測報警功能

監(jiān)測系統(tǒng)支持多種報警方式，部署了故障輪巡報警系統(tǒng)，能夠自動將有故障的節(jié)目畫面彈出到中央大屏，如果多個節(jié)目同時出現(xiàn)故障，則自動組合畫面到大屏上；部署了語音報警服務(wù)器，使用電子合成語音報警出現(xiàn)故障的節(jié)目名稱、節(jié)目信源及報警類型；具備紅色OSD圖表報警功能，出現(xiàn)故障的節(jié)目畫面上、故障輪巡報警系統(tǒng)彈出畫面上均會顯示紅色的OSD報警信息，報警信息的位置和字體大小支持自定義調(diào)整，還具備自動屏蔽和手動屏蔽報警功能，支持報警屏蔽，對于特殊節(jié)目或特殊情況，可實現(xiàn)針對不重要的報警進行忽略。

4.4 監(jiān)測錄像存儲查詢

監(jiān)測系統(tǒng)支持對所有節(jié)點的監(jiān)測節(jié)目的原始碼流錄像和轉(zhuǎn)碼錄像功能，可自定義調(diào)節(jié)錄制文件時長和存放位置，可設(shè)置轉(zhuǎn)碼錄像分辨率和碼率；對所有監(jiān)測點節(jié)目可進行24小時自動轉(zhuǎn)碼錄像，錄像存儲容量滿足至少30天的任務(wù)保存。錄像存放路徑采用預(yù)分配方式，可實現(xiàn)超出時間段的舊錄像被新錄像自動覆蓋。所有錄像支持監(jiān)管平臺統(tǒng)一查詢觀看，并支持以常用文件格式下載到本地。

5 系統(tǒng)組成

本監(jiān)測系統(tǒng)利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動控制技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)及通信技術(shù)，構(gòu)成一體化綜合計算機網(wǎng)絡(luò)。系統(tǒng)采用嵌入式監(jiān)測板卡作為采集設(shè)備，基于TS over IP技術(shù)，完成對數(shù)字地面頻道、DVB-T頻道、CMMB頻道以及DAB頻道的采集、編碼、復(fù)用、解擾及調(diào)節(jié)等環(huán)節(jié)，同時完成對采集信號的通信和傳輸功能，實現(xiàn)對碼流、畫面、聲音等方面的監(jiān)測和報警功能。

監(jiān)測系統(tǒng)通過部署多通道ASI碼流監(jiān)測打包卡、多通道高標(biāo)清SDI視音頻編碼卡、多通道E1/ETI信號監(jiān)測卡、廣播電視信號射頻測量卡、多通道DTMB國標(biāo)地面數(shù)字電視監(jiān)測卡、多通道AVS+高清監(jiān)測卡、多通道DVB-T信號監(jiān)測卡、多通道CMMB解擾監(jiān)測卡、多通道DAB信號監(jiān)測卡以及雙通道高標(biāo)清編碼器（用于VGA信號輸出的編碼以及網(wǎng)絡(luò)打包輸出IP）等各類型監(jiān)測板卡，用于ASI、SDI、E1/ETI、DTMB、CMMB、DVB-T、DAB等不同類型信號的接入、監(jiān)測及TS over IP輸出功能，通過網(wǎng)口輸出的IP組播流，接入到監(jiān)測、分析、錄像、報警即集中監(jiān)管等各子系統(tǒng)[5]，實現(xiàn)對視音頻節(jié)目的多畫面組合顯示、視音頻異態(tài)實時監(jiān)測、ASI碼流實時監(jiān)測、開路數(shù)字電視射頻信號碼流與信道監(jiān)測、數(shù)字音頻廣播射頻信號監(jiān)測、故障節(jié)目集中組合顯示以及廣播電視節(jié)目鏈路展示，實現(xiàn)碼流與信道監(jiān)測的集中配置、管理和任意調(diào)度以及網(wǎng)管界面的統(tǒng)一組合顯示等功能[6]。系統(tǒng)拓撲如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)拓撲圖

根據(jù)節(jié)目播出需要，監(jiān)測大屏配備16個多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)和22塊刀片服務(wù)器，接收各種類型監(jiān)測板卡輸出的IP組播流，實現(xiàn)對主備信源、適配器輸出、分配器輸出、切換器輸出、解碼器輸出、閉路饋管采樣以及空收信號采樣等多個環(huán)節(jié)的廣播電視節(jié)目的視音頻異態(tài)監(jiān)測。配備26臺IP解碼云終端，接收服務(wù)器各系統(tǒng)輸出的IP信號，進行解碼，提供DVI輸出用于上屏顯示。輸出節(jié)目IP信號通過大屏幕云終端網(wǎng)絡(luò)給IP解碼云終端完成節(jié)目上屏顯示。監(jiān)測大屏規(guī)劃如圖4所示。

圖4 監(jiān)測大屏規(guī)劃圖

6 結(jié) 語

完善的監(jiān)測系統(tǒng)能夠起到充分利用人力資源、提高勞動生產(chǎn)率的作用，加強了維護支持手段，提高了安全播出維護水平，對保障播發(fā)射設(shè)備的穩(wěn)定運行和優(yōu)質(zhì)零秒安全播出成績有著積極促進作用。本系統(tǒng)具備信號覆蓋全面、監(jiān)測平臺先進、管理內(nèi)容豐富、告警形式多樣、擴展功能強大等特點，將節(jié)目多畫面監(jiān)測數(shù)據(jù)和數(shù)字電視IP碼流分析數(shù)據(jù)相結(jié)合，實現(xiàn)了對基于IP傳輸?shù)臄?shù)字電視信號的全面深度分析監(jiān)測，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，更準(zhǔn)確、快速地實現(xiàn)信號異態(tài)信息判障、信息記錄等。本系統(tǒng)以先進的防范理論，結(jié)合多畫面監(jiān)測系統(tǒng)、安全運維監(jiān)測平臺、畫面輪巡顯示報警系統(tǒng)、語音報警系統(tǒng)等功能，可第一時間發(fā)現(xiàn)機房播出異狀，將破壞力降到最低，為現(xiàn)場監(jiān)測提供最安全的保證，避免播出機房發(fā)生嚴(yán)重的播出事故，免受不必要的經(jīng)濟損失。