李學(xué)軍

（作者單位：國(guó)家廣播電視總局五七三臺(tái)）

當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)媒體及自媒體的快速發(fā)展，要求針對(duì)廣播電視的節(jié)目制作與運(yùn)行構(gòu)建監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)，同時(shí)要將廣播電視信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)，貫穿廣播電視節(jié)目制作的整體過(guò)程中。傳統(tǒng)技術(shù)人員監(jiān)測(cè)運(yùn)行過(guò)程中存在著一定的局限性，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間，且監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果不一定準(zhǔn)確[1]。筆者開(kāi)發(fā)了一種計(jì)算機(jī)軟件智能監(jiān)測(cè)的信號(hào)系統(tǒng)，能夠?qū)V播電視發(fā)射臺(tái)站的音視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行收集與監(jiān)測(cè)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行故障診斷與分析，顯著改進(jìn)了原有人工監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行效率不高的問(wèn)題，能夠顯著提升廣播電視信號(hào)傳輸和播出質(zhì)量。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述

筆者在設(shè)計(jì)發(fā)射臺(tái)站音視頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，將該系統(tǒng)運(yùn)行中的實(shí)際情況與具體需求相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同編碼標(biāo)準(zhǔn)的音視頻信號(hào)的高效處理，也能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)異常運(yùn)行信息的自動(dòng)報(bào)警[2]。由此針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行情況設(shè)計(jì)了可視化的運(yùn)行操作方式，其能夠同時(shí)處理不同形式的各種音視頻信號(hào)，并對(duì)用戶使用情況設(shè)置相應(yīng)的管理權(quán)限和人性化的組織管理方式。

在設(shè)計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖時(shí)，筆者對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)功能進(jìn)行細(xì)化分析，并對(duì)運(yùn)行任務(wù)進(jìn)行分解，結(jié)合據(jù)臺(tái)站信號(hào)流程，設(shè)置接收天線、嵌入式音視頻信號(hào)采集板卡、主機(jī)等網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行結(jié)構(gòu)，并在系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中承擔(dān)相應(yīng)的功能，設(shè)計(jì)接入層、匯聚層、服務(wù)核心層的布置方式。在接入層中完成相關(guān)信號(hào)的采集工作，在信號(hào)源設(shè)備方面，主要有衛(wèi)星接收機(jī)、同步數(shù)字體系（Synchronous Digital Hierarchy，SDH）設(shè)備、微波收發(fā)信機(jī)等，同時(shí)布置采用現(xiàn)場(chǎng)可編程邏輯門(mén)陣列（Field Programmable Gate Array，F(xiàn)PGA）芯片的采集卡。匯聚層則收集系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，構(gòu)成部分有華三通三層交換機(jī)、專用路由器，通過(guò)網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）格式進(jìn)行信號(hào)的轉(zhuǎn)換與分析。服務(wù)核心層的主要功能在于對(duì)大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)與查詢，由此完成匯聚層連接通信工作[2]。本次系統(tǒng)布置中主要采取廣西廣電SDH網(wǎng)絡(luò)與臺(tái)站局域網(wǎng)的運(yùn)行方式，對(duì)大量信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并提供信息查詢服務(wù)。

2 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

筆者基于不同信號(hào)的處理需求構(gòu)建不同的功能模塊，主要有以下幾個(gè)模塊。

2.1 信號(hào)采集模塊設(shè)計(jì)

信號(hào)采集工作是系統(tǒng)構(gòu)建過(guò)程中的基礎(chǔ)性工作，要完成信號(hào)源系統(tǒng)輸入信號(hào)工作和臺(tái)站實(shí)時(shí)播出信號(hào)的接收工作[3]。輸入信號(hào)布置中采用了地面衛(wèi)星接收與光纖接收兩條線路，并分別配置了不同信源的備解調(diào)，線路實(shí)際運(yùn)用過(guò)程中具備多種不同的格式，有較多的信息需要處理，要求硬件與軟件設(shè)備的操作性能良好。此次設(shè)計(jì)過(guò)程中采用了FPGA高速音視頻處理芯片嵌入式采集卡，通過(guò)模擬與數(shù)字信號(hào)的方式，將大量的信息轉(zhuǎn)變?yōu)閭魉土鳎═ransport Stream，TS流），由此完成對(duì)大量信號(hào)的集中統(tǒng)一處理。同時(shí)，該系統(tǒng)運(yùn)用SNTV843M型無(wú)線電視監(jiān)測(cè)板卡監(jiān)測(cè)兩路電視節(jié)目，設(shè)置H.264壓縮作業(yè)方式，通過(guò)TS流的方式進(jìn)行信號(hào)傳輸，采用SNR601M調(diào)頻廣播信號(hào)，針對(duì)信號(hào)管理設(shè)置87.5～108 MHz調(diào)幅廣播頻率接收范圍，并在0～100%范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)整。將采樣頻率設(shè)置為32 kHz、44.1 kHz、48 kHz 3種，并對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)置后續(xù)接口的擴(kuò)展功能。

在信號(hào)接收完成后，系統(tǒng)針對(duì)接收的大量信號(hào)進(jìn)行初次編碼，采用FPGA+MCU結(jié)構(gòu)，對(duì)大量信號(hào)進(jìn)行集中處理，構(gòu)建以IP封裝的數(shù)據(jù)包格式，此種數(shù)據(jù)預(yù)處理方式具有較強(qiáng)的包容性，能夠?qū)Υ罅康臄?shù)據(jù)信息內(nèi)容進(jìn)行集中處理，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析與監(jiān)測(cè)。當(dāng)前，該系統(tǒng)處理過(guò)程中已經(jīng)建設(shè)了信源IP化升級(jí)改造工程，所以可以對(duì)大量的信息進(jìn)行有效處理與分析，將大量信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)門(mén)S流信息，為信號(hào)傳輸與處理構(gòu)建一個(gè)處理容器，為信號(hào)的傳輸與轉(zhuǎn)換構(gòu)建一個(gè)有效的發(fā)展平臺(tái)，其中包括的數(shù)據(jù)處理信息有節(jié)目關(guān)聯(lián)表（Programme association table，PAT）、節(jié)目映射表（Programme map table，PMT），將數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)變?yōu)镮P包；其中的信號(hào)處理格式有H.264、MPEG-4、SDI等，基于傳輸控制協(xié)議（Transmission Control Protocol，TCP）或用戶數(shù)據(jù)包協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）對(duì)運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行封裝處理，由此實(shí)現(xiàn)對(duì)大量信息的集中處理。該系統(tǒng)運(yùn)用音視頻采集卡可以將臺(tái)站播出的開(kāi)路信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)锳SI流碼，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)信號(hào)數(shù)據(jù)的快速傳輸與本地存儲(chǔ)（見(jiàn)圖1）。

圖1 信號(hào)轉(zhuǎn)碼預(yù)處理模塊設(shè)計(jì)

2.2 信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊設(shè)計(jì)

在信息處理過(guò)程中，為了保證信息的真實(shí)性與完整性，該系統(tǒng)需要構(gòu)建監(jiān)測(cè)方式，結(jié)合用戶輸入的信號(hào)閾值綜合分析判斷是否應(yīng)當(dāng)對(duì)信息進(jìn)行報(bào)警處理[4]。

在具體作業(yè)過(guò)程中，要結(jié)合信號(hào)閾值類型設(shè)置相應(yīng)的報(bào)警類型，同時(shí)，在具體的分析過(guò)程中，要對(duì)大量的圖像信號(hào)進(jìn)行有效分析，包括圖像靜幀、視頻過(guò)調(diào)制等，這些屬于視頻故障信號(hào)，音頻領(lǐng)域?qū)用娴男盘?hào)故障主要有音頻偏移、音頻過(guò)調(diào)制等。筆者針對(duì)大量的信號(hào)數(shù)據(jù)設(shè)置C#編程語(yǔ)言文件流（File Stream）類；針對(duì)不同類別的數(shù)據(jù)信息設(shè)置不同的返回?cái)?shù)值，分別對(duì)應(yīng)不同的報(bào)警類型；針對(duì)檢測(cè)到的故障信息，給出相應(yīng)的預(yù)警機(jī)制，并對(duì)大量信息進(jìn)行有效處理，由此保證系統(tǒng)能夠有效運(yùn)行。

2.3 系統(tǒng)管理模塊設(shè)計(jì)

筆者針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)信息構(gòu)建有效的管理應(yīng)用模塊對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，并與用戶的實(shí)際需求相結(jié)合，在實(shí)際管理過(guò)程中，將各種信號(hào)劃分為權(quán)限管理模塊、用戶管理模塊、操作管理模塊等，針對(duì)不同的管理模塊分別設(shè)置不同的管理內(nèi)容[5]。在權(quán)限管理模塊中，用戶能夠結(jié)合自身的需求和系統(tǒng)中的相關(guān)設(shè)計(jì)要求等確定管理權(quán)限，這直接決定了該系統(tǒng)的功能運(yùn)行范圍和用戶的登錄信息等。用戶管理權(quán)限模塊主要負(fù)責(zé)的內(nèi)容為結(jié)合用戶的具體身份設(shè)置相應(yīng)的登錄管理系統(tǒng)，包括用戶姓名、賬號(hào)、密碼等，可以添加并輸入新的用戶，對(duì)原有的用戶進(jìn)行有效管理，結(jié)合使用需要?jiǎng)h減原有的用戶，并對(duì)用戶構(gòu)建有效的管理與維護(hù)方式。操作系統(tǒng)管理模塊構(gòu)建過(guò)程中要與權(quán)限管理模塊相對(duì)應(yīng)，建立一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系，對(duì)系統(tǒng)中的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行有效設(shè)置，以優(yōu)化系統(tǒng)登錄的各項(xiàng)參數(shù)，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)的使用功能范圍進(jìn)行有效確定與維護(hù)。另外，該系統(tǒng)能夠加強(qiáng)對(duì)系統(tǒng)日志的維護(hù)，主要包括系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的各項(xiàng)事件信息、運(yùn)行維護(hù)信息及報(bào)警信息等，從而綜合反映出系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)運(yùn)行情況，為系統(tǒng)綜合運(yùn)行情況的分析提供基本的數(shù)據(jù)支持。

2.4 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查詢模塊設(shè)計(jì)

針對(duì)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行情況，筆者設(shè)計(jì)了相應(yīng)的數(shù)據(jù)分析模塊與信息監(jiān)測(cè)查詢模塊，按照信息查詢中設(shè)計(jì)的條件與指令在系統(tǒng)中能夠得出相應(yīng)的數(shù)值。系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中主要的監(jiān)測(cè)對(duì)象與數(shù)據(jù)為異態(tài)錄像數(shù)據(jù)、音視頻信號(hào)正常錄像。當(dāng)前，運(yùn)用較為普遍的一個(gè)組合方式為NET Framework 3.5版本中的LINQ to SQL，筆者針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)建了一個(gè)對(duì)象引用管理的結(jié)構(gòu)，針對(duì)大量的系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)建了語(yǔ)言集成查詢（Language Integrated Query，LINQ）數(shù)據(jù)庫(kù)編程模型，將其中的語(yǔ)言結(jié)構(gòu)綜合表示并轉(zhuǎn)換為結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言（Structured Query Language，SQL），并在系統(tǒng)內(nèi)部予以執(zhí)行，使用LINQ to SQL針對(duì)數(shù)據(jù)執(zhí)行結(jié)果進(jìn)行有效分析[6]。另外，筆者還基于數(shù)據(jù)分析與執(zhí)行情況構(gòu)建SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，給大量的數(shù)據(jù)建立了綜合性的分析與處理方式，結(jié)合數(shù)據(jù)開(kāi)始時(shí)間與結(jié)束時(shí)間設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)測(cè)管理類對(duì)象，并針對(duì)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)構(gòu)建時(shí)間參數(shù)在網(wǎng)格視圖（Grid View）控件中反映需要查詢的各種類型數(shù)據(jù)信息。

2.5 系統(tǒng)功能、性能測(cè)試模塊設(shè)計(jì)

為了充分保證系統(tǒng)的良好運(yùn)行，筆者在系統(tǒng)內(nèi)部構(gòu)建了相應(yīng)的功能測(cè)試模塊，保證各項(xiàng)系統(tǒng)正常運(yùn)行，可以綜合采用靜態(tài)測(cè)試與動(dòng)態(tài)測(cè)試兩種作業(yè)方式。

3 音視頻信號(hào)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)測(cè)試服務(wù)器的配置

功能測(cè)試環(huán)節(jié)的環(huán)境與配置，可以從軟件與硬件層面實(shí)現(xiàn)，見(jiàn)表1。

表1 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境硬件配置情況

在軟件相關(guān)層面的布置過(guò)程中，要考慮并行處理能力與實(shí)時(shí)性要求，既要保證各項(xiàng)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，又要在信號(hào)處理過(guò)程中注意避免出現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)阻塞與沖突現(xiàn)象。華三通的三層交換機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)大量數(shù)據(jù)的有效過(guò)濾與處理，同時(shí)能夠針對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行構(gòu)建支持主播與虛擬局域網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器功能布置包括Nginx服務(wù)器、錄像存儲(chǔ)服務(wù)器、應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器3種形式，廣播電視音視頻往往具有較多的數(shù)據(jù)，在存儲(chǔ)過(guò)程中對(duì)存儲(chǔ)硬盤(pán)空間具有較大的需求，為此設(shè)置4個(gè)千兆級(jí)速率的網(wǎng)卡，提高網(wǎng)絡(luò)信息處理能力。在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器運(yùn)行層面，選擇3.9 GHz的IBM xSeries 255服務(wù)器，采用32 GB內(nèi)存空間。硬盤(pán)錄像服務(wù)器則選用小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)接口（Small Computer System Interface，SCSI）10 TB容量大小的硬盤(pán)，采用千兆傳輸速率的網(wǎng)絡(luò)適配器，系統(tǒng)運(yùn)行中的相關(guān)配置如表2所示。

表2 系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境軟件配置情況

4 系統(tǒng)功能測(cè)試

在對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各個(gè)功能模塊進(jìn)行分別測(cè)試與分析時(shí)，重點(diǎn)測(cè)試模塊為模擬調(diào)頻（Frequency Modulation，F(xiàn)M）采集模塊、數(shù)字CDR采集模塊、信號(hào)源系統(tǒng)模塊、地面數(shù)字多媒體廣播（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）采集監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊、系統(tǒng)管理模塊、模擬TV采集模塊，登錄賬號(hào)信息之后，可以在主界面中完成相應(yīng)操作。

5 系統(tǒng)性能測(cè)試

相關(guān)人員可以運(yùn)用仿真模擬系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行中的各項(xiàng)指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行測(cè)試分析，并撰寫(xiě)測(cè)試報(bào)告，可采用服務(wù)器端測(cè)試與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試兩種不同的測(cè)試方式，重點(diǎn)測(cè)試系統(tǒng)運(yùn)行中的并行處理能力與負(fù)載設(shè)備運(yùn)行能力。測(cè)試內(nèi)容主要包括系統(tǒng)運(yùn)行中的疲勞程度能力、并行數(shù)據(jù)處理能力、響應(yīng)速度等，可使用負(fù)載測(cè)試工具（LoadRunner）對(duì)大量的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析。對(duì)觸發(fā)器運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可以使用網(wǎng)絡(luò)配置測(cè)試方式，將測(cè)試數(shù)據(jù)上傳至計(jì)算機(jī)端運(yùn)行客戶端，并對(duì)大量數(shù)據(jù)信息進(jìn)行讀取、接收與分析，全面分析不同頻道中的音視頻信號(hào)。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，100個(gè)用戶進(jìn)程訪問(wèn)所需要時(shí)間為97 s，在并發(fā)進(jìn)程時(shí)間逐漸增加時(shí)，響應(yīng)時(shí)間遞增幅度會(huì)逐漸減小，此時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行逐漸趨于較為穩(wěn)定的狀態(tài)。筆者通過(guò)對(duì)壓力測(cè)試結(jié)果進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)在高發(fā)狀態(tài)下依然具備對(duì)大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的能力，與傳統(tǒng)人工監(jiān)測(cè)方式相比具有顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

6 結(jié)語(yǔ)

本文探討了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的相關(guān)情況及其具體的性能測(cè)試情況，筆者將系統(tǒng)分為不同的模塊，并對(duì)不同的模式運(yùn)行情況進(jìn)行綜合分析，其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)方式與運(yùn)行方式較為良好，達(dá)到了較為良好的綜合運(yùn)用效果，提升了信號(hào)監(jiān)測(cè)水平，有利于促進(jìn)廣播電視節(jié)目的順利播出。