周 丹

（衡南縣融媒體中心，湖南 衡陽 421100）

0 引言

在現(xiàn)代科技廣泛運(yùn)用的背景下，我國提出了“智慧廣電”戰(zhàn)略，旨在綜合運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（Internet Protocol Version 6，IPv6）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等前沿技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星、無線等載體實(shí)現(xiàn)媒體智能傳播。在該形勢下，數(shù)字電視得到規(guī)?；占啊楸Ｕ蠑?shù)字電視播放的安全性、順暢性，需科學(xué)設(shè)計(jì)并運(yùn)用視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)，對數(shù)字電視視頻信號實(shí)施監(jiān)測，使其可長時間維持穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)數(shù)字廣播電視的發(fā)展，完善數(shù)字電視運(yùn)行管理模式。

1 數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

設(shè)計(jì)數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)之前，需明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，并于設(shè)計(jì)過程中盡可能完成所需功能，保障視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。經(jīng)過調(diào)研，數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求。

（1）功能需求。所設(shè)計(jì)的信號監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠自動完成信號監(jiān)測作業(yè)，若發(fā)現(xiàn)異常狀況可自動報(bào)警；可良好應(yīng)對部分環(huán)境干擾、人為干擾，一旦出現(xiàn)干擾應(yīng)立即應(yīng)對；可實(shí)現(xiàn)對視頻信號的集中化監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測結(jié)果統(tǒng)籌整合，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時信號監(jiān)測的同時，實(shí)現(xiàn)信號異常狀況統(tǒng)計(jì)分析[1]。

（2）業(yè)務(wù)需求。在現(xiàn)代化環(huán)境下，數(shù)字電視的功能日漸完善，視頻類型多樣。為滿足數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控需求，要求所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)可適應(yīng)數(shù)字電視后續(xù)發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)監(jiān)測系統(tǒng)時，需綜合性考量功能業(yè)務(wù)狀況。

（3）任務(wù)需求。所設(shè)計(jì)的信號監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備衛(wèi)星校時、信號獨(dú)立監(jiān)測、矩陣切換以及錯誤統(tǒng)計(jì)整合等功能，完成視頻信號監(jiān)控后可集成處理。要求數(shù)字電視視頻信號解擾后借助千兆網(wǎng)進(jìn)行傳輸，設(shè)置網(wǎng)線，保障信號傳輸效率，且視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，將監(jiān)控結(jié)果轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)碼視頻呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面，以便臺站監(jiān)控人員監(jiān)督監(jiān)管，使數(shù)字電視臺站監(jiān)控人員可通過監(jiān)看多畫面結(jié)果，進(jìn)行信號故障排查，最大限度地發(fā)揮出數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控作用。

2 數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為增強(qiáng)數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對性，本文選取某數(shù)字電視臺站為例展開具體設(shè)計(jì)分析。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備為監(jiān)測主機(jī)，需借助硬件準(zhǔn)確監(jiān)控?cái)?shù)字電視信號傳播情況，監(jiān)測多個TS 流頻點(diǎn)，使數(shù)字電視各個節(jié)目視頻的播放情況可始終維持穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)綜合分析，監(jiān)測主機(jī)需具備對16 個TS 流頻點(diǎn)同時監(jiān)測的功能。大卡解擾機(jī)箱可在主機(jī)與嵌入式模塊之間構(gòu)建互通渠道，且可維持模塊獨(dú)立性。各大卡模塊均可與4 塊小卡有效對接。各個小卡可進(jìn)行單個TS 流頻點(diǎn)數(shù)字電視視頻的信號監(jiān)控。4 塊大卡構(gòu)成監(jiān)測主機(jī)，確保不同接口模式與TS 流節(jié)目的接入。完成數(shù)字電視視頻信號解擾后，可順利播放數(shù)字電視視頻。

大卡監(jiān)控方式的顯著優(yōu)勢在于可實(shí)時監(jiān)控，期間無須進(jìn)行視頻流解碼，應(yīng)用便捷，可提升信號監(jiān)測效率。整體上看，大卡解擾機(jī)箱具有兩種監(jiān)控模式：一為數(shù)字電視信號監(jiān)控，可用于監(jiān)測大卡解擾信號；二為模擬電視信號監(jiān)控，可用于解擾電視信號，可完成信道碼流監(jiān)測。數(shù)字電視視頻TS 傳輸流涉及多種信號格式，如正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）、異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）以及正交振幅調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）等，數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時需合理選擇監(jiān)測解擾卡[2]。

案例數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用多通道數(shù)字電視解擾卡硬件，將其嵌入至數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)中，起到信號傳輸檢測、解碼傳輸監(jiān)測及QAM 信號監(jiān)測等作用。該硬件設(shè)備具有以下功能：1 對1 完成數(shù)字電視視頻解擾；設(shè)置板卡頻點(diǎn)，設(shè)置數(shù)字電視視頻輸出地址、組播地址；接收處于頻率范圍內(nèi)的信號解碼，頻率為50 ～1 000 MHz；對數(shù)字電視視頻狀態(tài)（如總帶寬、有效帶寬、板卡溫度、符號率偏移及信號鎖定等）進(jìn)行監(jiān)測，將信號監(jiān)測結(jié)果呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面；支持對一級、二級、三級錯誤的識別與監(jiān)測，一旦發(fā)現(xiàn)錯誤或異常狀況則立即報(bào)警；與碼流分析儀協(xié)同運(yùn)行，監(jiān)測數(shù)字電視信號碼流與信道[3]。

對數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)情況進(jìn)行歸納，硬件設(shè)備的名稱、數(shù)量及型號如表1 所示。

表1 數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.2 功能軟件設(shè)計(jì)

完成數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，從以下3 個方面進(jìn)行功能軟件設(shè)計(jì)。

2.2.1 多畫面監(jiān)控

采用IP 連接方式，保障功能軟件的信息傳遞效果，用于解擾解碼視頻信號，檢測傳輸碼流信號，將監(jiān)控結(jié)果轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)碼視頻呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面，以便臺站監(jiān)控人員監(jiān)督監(jiān)管。多畫面監(jiān)控功能軟件由IP多畫面主機(jī)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器及嵌入式機(jī)箱構(gòu)成。在該結(jié)構(gòu)中，嵌入式機(jī)箱由冗余熱備份電源、2 U 機(jī)箱殼、多通道監(jiān)測大卡、CAM 小卡及視音頻編碼卡構(gòu)成。各個2 U 機(jī)箱可良好嵌入至多通道大卡中，用于完成視頻信號解碼。大卡之間雖相互關(guān)聯(lián)，但模塊獨(dú)立設(shè)置。該方式不僅便于設(shè)備安裝，還可為硬件的維護(hù)、更換提供便利。大卡信號可接入至雙網(wǎng)口、RF 口，使IP 流良好傳輸。嵌入式機(jī)箱借助冗余供電方式運(yùn)行，由交流電直接供給冗余備份電源，將其作為中轉(zhuǎn)站，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姡S后直接供給大卡，使大卡硬件與交流電隔絕，避免引發(fā)電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)對監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行造成干擾[4]。

基于視頻信號監(jiān)控需求配置CAM 小卡。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置模擬信號，使用碼流分析儀傳輸信道監(jiān)測結(jié)果，將其傳遞至千兆網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通過網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，使視頻信號監(jiān)測結(jié)果呈現(xiàn)為多畫面信息。數(shù)字電視臺站監(jiān)控人員可通過監(jiān)看多畫面結(jié)果進(jìn)行信號故障排查。具體功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多畫面監(jiān)測功能架構(gòu)

2.2.2 碼流分析監(jiān)測

設(shè)計(jì)碼流分析監(jiān)測功能時，主要借助有線數(shù)字監(jiān)測大卡、ASI 碼流監(jiān)測大卡、衛(wèi)星數(shù)字監(jiān)測大卡，分別對QAM 信號、ASI 信號、QPSK 信源解擾處理，基于千兆網(wǎng)絡(luò)將解擾后的信號傳輸至系統(tǒng)信號終端，進(jìn)行傳輸碼流監(jiān)測。該功能軟件結(jié)構(gòu)簡單，布局合理，可在一定程度上降低誤碼率[5]。

從功能角度來看，碼流分析監(jiān)測軟件設(shè)計(jì)時需以功能、需求為導(dǎo)向進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括以下內(nèi)容。

（1）通道監(jiān)測。全方位監(jiān)測信道指標(biāo)，如QPSK信號、ASI 信號、IP 信號、QAM 信號、YV 信號、CMMB 信號、FM/AM 信號等，對上述信道指標(biāo)碼流狀態(tài)實(shí)時測量，并展示信號指標(biāo)強(qiáng)度變化狀況。

（2）TR 101 290 監(jiān)測。對290 頻點(diǎn)碼流三級故障進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。獲取故障信息后，以故障樹方式清晰呈現(xiàn)故障，顯示錯誤信息。

（3）帶寬監(jiān)測。對數(shù)字電視視頻信號帶寬信息錯誤報(bào)警，采用列表形式進(jìn)行羅列，進(jìn)一步銜接系統(tǒng)指示燈及畫面顯示系統(tǒng)，采用指示燈及比例圖方式呈現(xiàn)帶寬狀態(tài)。

（4）模板對比?；跀?shù)據(jù)庫存儲數(shù)字電視視頻信號監(jiān)測歷史信息，構(gòu)建信號標(biāo)準(zhǔn)模板，篩選典型信號錯誤狀態(tài)設(shè)置為錯誤模板，完成視頻信號初步監(jiān)測后，將其與錯誤模板、標(biāo)準(zhǔn)模板對比，基于對比結(jié)果確認(rèn)數(shù)字電視信號狀態(tài)[6]。

2.2.3 異常語音報(bào)警

報(bào)警軟件屬于數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的輔助性功能。一旦通過信號監(jiān)控監(jiān)測發(fā)現(xiàn)故障問題或異常狀況，可采用語音報(bào)警方式提醒用戶及時處理。除基礎(chǔ)性語音報(bào)警外，進(jìn)一步設(shè)計(jì)報(bào)警日志功能。設(shè)計(jì)軟件日志功能時，將軟件與多畫面監(jiān)控軟件對接。一旦通過視頻信號監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常狀況，則觸發(fā)異常語音報(bào)警，相關(guān)信息被實(shí)時記錄至報(bào)警日志，詳細(xì)記錄視頻信號異常表現(xiàn)、視頻名稱、故障類型、語音表述內(nèi)容以及觸發(fā)報(bào)警時間。在數(shù)字電視臺站日常監(jiān)督管理過程中，可借助檢索功能定向查詢異常狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障歸納整合。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行測試

按照上述硬件、軟件設(shè)計(jì)思路開發(fā)出數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)后，對其功能進(jìn)行測試。按照操作規(guī)范運(yùn)行多畫面監(jiān)控、碼流分析監(jiān)測、異常語音報(bào)警等功能，確認(rèn)功能完好，進(jìn)一步從視頻監(jiān)控實(shí)踐、環(huán)境影響檢測、碼流信道分析、錄像監(jiān)測、報(bào)錯日志管理、冗余電源熱效應(yīng)以及系統(tǒng)機(jī)房一體化管理等多個方面測試該數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。以下是信號監(jiān)控系統(tǒng)總體運(yùn)行測試情況總結(jié)。

（1）系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)配置合理，監(jiān)測主機(jī)等核心設(shè)備與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)熱源之間的距離較為安全，熱源不會干擾核心設(shè)備的運(yùn)用，杜絕了散熱不當(dāng)引發(fā)的死機(jī)問題。

（2）解擾解碼大卡采用嵌入式方式融入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，使系統(tǒng)監(jiān)控模塊可保持獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，保障了硬件結(jié)構(gòu)的可靠性。

（3）監(jiān)測主機(jī)可對多格式視頻形式解碼，如H.264、H.265、AVS、MEPG-4 等，還可順利完成對ACC+、WMA、MP3、ASF、MID 等格式的音頻解碼，可順利完成監(jiān)控工作，并將信號監(jiān)控結(jié)果呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面上。

（4）監(jiān)控信號時，采用隔行掃描方式進(jìn)行視頻信號監(jiān)控，可及時發(fā)現(xiàn)視頻信號問題，且不會因掃描監(jiān)測行為而產(chǎn)生數(shù)字電視視頻畫面模糊的情況。

（5）監(jiān)測主機(jī)主要采用網(wǎng)口獲取監(jiān)控信息，將信號監(jiān)控結(jié)果傳輸至系統(tǒng)界面，隨后按照監(jiān)控設(shè)定要求分析信號狀態(tài)，若有異常立即報(bào)警。

（6）數(shù)字電視視頻信號解擾后借助千兆網(wǎng)進(jìn)行傳輸，使用六類網(wǎng)線，保障了信號傳輸效率。視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，消除了信號傳輸?shù)陌踩[患。

整體上看，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)功能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、硬件布局科學(xué)，應(yīng)用價值較高。

3 結(jié)語

在數(shù)字廣電建設(shè)過程中，為保障數(shù)字電視運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定播出，需做好視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文基于數(shù)字電視視頻信號發(fā)射傳播特征合理選擇硬件設(shè)備，對多畫面監(jiān)控、碼流分析監(jiān)測、異常語音報(bào)警等功能軟件進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，完成數(shù)字電視視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對系統(tǒng)進(jìn)行測試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的視頻信號監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行。