摘" 要:該文基于數(shù)字衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測的業(yè)務需求和功能需求,設計一種能夠?qū)崟r監(jiān)測衛(wèi)星廣播電視信號,并自動分析信號和直觀展示分析結(jié)果的應用系統(tǒng)。該文首先從音頻、視頻信號的動態(tài)監(jiān)測、壓縮存儲、系統(tǒng)維護及網(wǎng)絡互聯(lián)等方面,對數(shù)字衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)的業(yè)務需求、功能需求展開分析。隨后按照需求導向原則,基于B/S架構和Servlet技術設計由Web控制層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據(jù)持久層組成的數(shù)字衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可根據(jù)實時監(jiān)測數(shù)據(jù)動態(tài),直觀地顯示廣播電視節(jié)目的播放情況,并實現(xiàn)異常報警,為實現(xiàn)無人值守和故障自動恢復提供積極幫助。
關鍵詞:廣電監(jiān)測系統(tǒng);數(shù)字衛(wèi)星廣播電視;電視監(jiān)測;視頻靜幀;需求導向
中圖分類號:TN92" " " "文獻標志碼:A" " " " " 文章編號:2095-2945(2023)31-0134-04
Abstract: Based on the business and functional requirements of digital satellite radio and television monitoring, this paper designs an application system which can monitor satellite radio and television signals in real time, analyze the signals automatically and display the analysis results directly. Firstly, this paper analyzes the business requirements and functional requirements of digital satellite radio and television system from the aspects of dynamic monitoring, compression and storage of audio and video signals, system maintenance, network interconnection and so on. Then, according to the demand-oriented principle, a digital satellite radio and television monitoring system is designed based on B/S architecture and Servlet technology, which is composed of Web control layer, business logic layer and data persistence layer. The system can dynamically and intuitively display the broadcast of radio and television programs according to the real-time monitoring data, and realize abnormal alarm, which provides positive help for the realization of unattended and automatic fault recovery.
Keywords: radio and television monitoring system; digital satellite radio and television; television monitoring; video still frame; demand orientation
在國家大力推進“村村通”工程的背景下,數(shù)字衛(wèi)星廣播電視的覆蓋范圍進一步擴大。保證廣播電視的順利播出,不僅能夠豐富群眾的精神文化生活,而且還關系到國家安全和社會穩(wěn)定。這就需要建立一套完善的廣播電視監(jiān)測系統(tǒng),實現(xiàn)對各類廣播電視節(jié)目的全方位、實時性監(jiān)測。本文設計的數(shù)字衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測系統(tǒng),通過實時采集并上傳某個頻道的音頻、視頻信號,開展信號分析處理,可以準確診斷出是否存在音量過高或過低,音頻丟失、視頻靜幀、視頻彩條等故障。在確定存在故障后,可以進行相應的報警,并支持部分故障的自動恢復,在提高廣播電視節(jié)目播送質(zhì)量方面發(fā)揮了顯著作用。
1" 廣電監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)字衛(wèi)星廣播電視模塊的需求分析
1.1" 業(yè)務需求
1.1.1" 衛(wèi)星廣播電視信號監(jiān)測
該系統(tǒng)需要對地方電視臺和廣播電臺的各個頻道的節(jié)目進行“一對一”的全天候?qū)崟r監(jiān)測。通過采集節(jié)目的音頻和視頻信號,將其傳輸?shù)胶笈_進行分析,以便于準確、及時地發(fā)現(xiàn)節(jié)目播送過程中存在的停播、劣播以及其他異常情況。同時,能夠?qū)缶畔⑼絺魉徒o中心管理平臺并在人機交互界面上顯示,提醒管理人員采取進一步的措施。
1.1.2" 音視頻信號壓縮存儲
該系統(tǒng)需要對地方電視臺電視廣播節(jié)目的音頻、視頻信號進行實時采集和壓縮存儲。其中,廣播編碼統(tǒng)一選擇MP3壓縮標準,支持自定義碼率;電視編碼或轉(zhuǎn)碼統(tǒng)一選擇H.264/MPEG2自適應壓縮標準,支持自定義碼率。碼流區(qū)間為10 kbps~2 Mbps,在該區(qū)間內(nèi)可靈活設置。
1.1.3" 廣播電視多畫面組合顯示
該系統(tǒng)需要支持多種實時顯示的報警方式,包括語音報警、聲光報警、數(shù)據(jù)庫報警等。同時,要求任意一路信號的任意一項報警參數(shù)都能自定義報警方式,以便于管理人員可以直觀地辨別存在的異常情況。這里以音頻報警和視頻報警為例,介紹主要檢測參數(shù)及其故障判斷原理。
音頻監(jiān)測參數(shù)主要有音頻丟失、音量過高或過低、無伴音及單音5種類型。以音量異常情況為例,系統(tǒng)判斷原理為,如果監(jiān)測到的分貝值超出了設定門限,會觸發(fā)音量過高報警,相應的,如果監(jiān)測到分貝值低于設定門限,會觸發(fā)音量過低報警[1]。系統(tǒng)管理員可自定義報警的分貝值百分比門限和時間門限。例如,規(guī)定分貝值超過設定值的2%,并且持續(xù)時間超過10 ms,即可進行音量過高報警。
視頻監(jiān)測參數(shù)主要有視頻靜幀、視頻彩條、視頻黑場3種類型。以視頻靜幀為例,如果監(jiān)測到視頻圖像的Y分量在某個時間段內(nèi)的數(shù)值變化量低于設定門限,則觸發(fā)視頻靜幀報警。同樣的,系統(tǒng)管理員可自定義視頻靜幀報警的亮度百分比門限和時間門限。例如,當監(jiān)測到的亮度百分比超過正常值的5%,并且持續(xù)時間超過100 ms,即可進行視頻靜幀報警。
1.2" 功能需求
1.2.1" 電視監(jiān)測功能
該功能需要對電視各個頻道的實時技術指標進行監(jiān)測,如視頻電平、音頻電平、音視頻電平差、載噪比和節(jié)目異常狀態(tài)(如彩條、黑場)等。系統(tǒng)管理員可以從人機交互界面上選擇電視監(jiān)測功能,然后指定一個監(jiān)測點并發(fā)送監(jiān)測指令。前端設備接收該指令后,會收集監(jiān)測點的音頻、視頻信號,并從中提取出技術指標進行本地存儲。通信模塊會以設定好的發(fā)送頻率,將本地存儲的各種技術指標上報給中心監(jiān)測平臺??蛻舳丝梢愿鶕?jù)需要實時調(diào)用并處理這些技術指標,并將分析結(jié)果以圖像或告警信息等形式呈現(xiàn)在Web瀏覽器上。電視監(jiān)測功能除了對實時技術指標進行監(jiān)測外,還支持廣播電視節(jié)目內(nèi)容的實時查看,包括實時播放、實施輪播等。以實施輪播為例,可以任選一個播出機構的多個頻道,根據(jù)自定義的時間間隔輪流播放多個頻道上的節(jié)目,播放一路實時視頻流,在客戶端進行觀看。
1.2.2" 廣播監(jiān)測功能
該功能的監(jiān)測指標包括廣播的載波信號電平、調(diào)幅度、頻偏、有無載波停播及無音頻停播等情況。系統(tǒng)管理員從人機交互界面上選擇廣播監(jiān)測功能,并指定一個監(jiān)測點發(fā)送監(jiān)測指令。該監(jiān)測點接收指令后,選擇各種指標在各個監(jiān)測點進行本地存儲,并上報給中心管理平臺。中心管理平臺將接收的數(shù)據(jù)指標存儲到數(shù)據(jù)庫中,以便于調(diào)用、分析。系統(tǒng)會對廣播音頻信號做解碼、播放處理,并在Web瀏覽器中播放回傳的音頻。
1.2.3" 系統(tǒng)維護功能
為優(yōu)化數(shù)字衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)的使用體驗,需要設計系統(tǒng)維護功能,具體包括以下幾項:①用戶權限管理。中心管理平臺能夠保存和管理所有用戶的權限,支持用戶的添加、刪除、信息更改及權限分配等操作。在用戶端打開瀏覽器進入系統(tǒng)登錄界面后,需要提供用戶名與密碼。提交信息后系統(tǒng)進行雙重驗證,一是用戶名與密碼匹配,二是用戶名在系統(tǒng)后臺有注冊記錄。在驗證通過后,系統(tǒng)會根據(jù)用戶名確定其權限,保證該用戶只能在權限范圍內(nèi)進行操作。②數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析與報表生成。該系統(tǒng)能夠提供多種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析工具,如質(zhì)量異態(tài)分析工具、播出效果分析工具等,并且將分析結(jié)果以圖表、圖形等可視化形式輸出??伸`活設置多種選型,如單一頻道查詢或多個頻道組合查詢,以及按照日報、周報、月報、年報進行查詢等。③系統(tǒng)維護管理。負責中心管理平臺與監(jiān)測前端的信息維護、各個廣播電視頻道的信息維護、報警參數(shù)范圍信息維護等。④報警信息顯示。根據(jù)報警內(nèi)容的不同,以不同的顏色、不同的方式顯示。如監(jiān)測到廣播電視故障后,會根據(jù)故障類型的不同,以紅色、橙色等多種顏色進行常亮顯示;對于未處理的播出事故和報警信息,以紅色、橙色等多種顏色進行閃爍顯示。
1.2.4" 其他功能
本文在設計數(shù)字衛(wèi)星廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)時,除了考慮電視監(jiān)測、廣播監(jiān)測及系統(tǒng)維護3項基本功能外,基于易用性、實用性和可擴展性原則,還加入了以下功能。
1)音視頻數(shù)據(jù)的采集、壓縮與回傳功能。這些功能可以用集成板卡統(tǒng)一處理,并且可以做到視頻圖像和語音的實時同步,以及視頻圖像幀率的連續(xù)可調(diào)。
2)GIS功能。GIS系統(tǒng)融合了數(shù)據(jù)采集、存儲、處理、檢索及表達等多種功能,將GIS系統(tǒng)嵌入到廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)中,可以準確定位監(jiān)測網(wǎng)中每個監(jiān)測點的位置,讓管理員在中心管理平臺上能夠直觀了解每個監(jiān)測前端的實施情況,并且在發(fā)生報警后盡快鎖定報警位置,為下一步的搶修處理提供了依據(jù)。
3)數(shù)據(jù)庫管理功能??紤]到該系統(tǒng)會實時采集海量數(shù)據(jù),因此數(shù)據(jù)的存儲與管理至關重要。數(shù)據(jù)庫管理功能不僅支持海量數(shù)據(jù)的分類存儲,而且還具備文件回傳功能、數(shù)據(jù)分析功能、報表處理功能、異常狀態(tài)信息顯示功能。
4)網(wǎng)絡安全管理。系統(tǒng)采用三重安全保護體系,其一是采用獨立的IP網(wǎng)段,使物理網(wǎng)絡具備獨立性,避免局部網(wǎng)絡出現(xiàn)故障對其他網(wǎng)絡產(chǎn)生影響;其二,在監(jiān)測管理中心和前端監(jiān)測設備之間啟用防火墻,將監(jiān)測管理中心隔離保護;其三,在系統(tǒng)中部署病毒服務器,每個監(jiān)測前端統(tǒng)一安裝防毒客戶端,切實保障數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡安全。
2" 廣電監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)字衛(wèi)星廣播電視模塊的設計
2.1" 系統(tǒng)整體架構
本文設計的廣電監(jiān)測系統(tǒng)大體可分為兩大模塊,其一是監(jiān)測中心管理平臺,其二是設在各地市的監(jiān)測前端。兩者之間采用10 M寬帶連接,執(zhí)行XML協(xié)議和TCP/IP協(xié)議完成數(shù)據(jù)通信,保證監(jiān)測中心管理平臺可以實現(xiàn)對全市衛(wèi)星廣播電視信號的動態(tài)監(jiān)測,并向這些前端設備發(fā)送遙控指令,實現(xiàn)雙端通信。監(jiān)測中心管理平臺的軟件系統(tǒng)采用典型的B/S架構,由3部分組成,分別是Web控制層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)持久層[2]。正常情況下,系統(tǒng)管理員從監(jiān)測中心平臺上編輯指令,并利用寬帶網(wǎng)絡將指令發(fā)送至監(jiān)測前端設備。設備接收并執(zhí)行指令后,將采集到的音頻、視頻信號反饋至監(jiān)測中心管理平臺,經(jīng)過軟件處理后,把結(jié)果呈現(xiàn)在人機交互界面上,展示給用戶。系統(tǒng)的整體架構如圖1所示。
2.2" Web控制層
該系統(tǒng)的人機交互界面通過Web瀏覽器向用戶展示信息,Web控制層的作用就是將業(yè)務邏輯層處理完畢的最終結(jié)果以簡明易懂的圖表等形式呈現(xiàn)給用戶。根據(jù)承擔功能的不同,Web控制層可分為3個模塊,分別是用于頁面數(shù)據(jù)處理、頁面詳情展示的頁面模塊,該模塊使用Flex技術實現(xiàn);用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)異地傳輸,提高系統(tǒng)高響應速度的數(shù)據(jù)傳輸模塊,該模塊使用Ajax技術實現(xiàn);用于進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理模塊,為提高兼容性,要求所有數(shù)據(jù)在傳輸前必須統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為XML格式[3]。Web控制層流程關系描述如圖2所示。
2.3" 業(yè)務邏輯層
在系統(tǒng)整體架構中,業(yè)務邏輯層位于Web控制層和數(shù)據(jù)持久層之間,發(fā)揮了“上傳下達”的功能。其既可以根據(jù)Web控制層上用戶下達的指令,從數(shù)據(jù)層中調(diào)用相應的數(shù)據(jù),以滿足實時監(jiān)測和故障診斷的需求;同時又能將數(shù)據(jù)持久層中保存的前端數(shù)據(jù),反饋給控制層,在數(shù)據(jù)處理完畢后將結(jié)果顯示在Web瀏覽器上[4]。本文在設計系統(tǒng)的業(yè)務邏輯層時,使用Servlet(小服務程序)技術接收Web控制層的請求和接收前端系統(tǒng)消息,設計圖如圖3所示。
2.4" 數(shù)據(jù)持久層
該層的作用是將持久的動作封裝成一個獨立的層,從而減少了功能代碼之間的關聯(lián),有助于增強代碼的內(nèi)聚力,降低代碼的耦合度。當用戶從Web瀏覽器上編輯并發(fā)送指令活動,可以更快地找到符合要求的數(shù)據(jù),提高了數(shù)據(jù)調(diào)用效率。本文在設計系統(tǒng)數(shù)據(jù)持久層時,使用DAO(數(shù)據(jù)訪問對象)管理數(shù)據(jù)源的鏈接,保證數(shù)據(jù)檢索、存儲等基本操作的實現(xiàn)。從結(jié)構組成上來看,DAO包含了業(yè)務對象、數(shù)據(jù)訪問對象與數(shù)據(jù)源3部分。在DAO的幫助下,能夠?qū)?shù)據(jù)訪問邏輯的實現(xiàn)細節(jié)進行封裝,至保留一個抽象化的數(shù)據(jù)訪問API。這樣一來,用戶只需要從Web瀏覽器上調(diào)用API即可完成對數(shù)據(jù)庫內(nèi)海量數(shù)據(jù)的操作,保證了業(yè)務操作和數(shù)據(jù)訪問的同步進行。
2.5" 業(yè)務監(jiān)測及故障報警流程
如上文所述,本文設計的廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)中,包含了節(jié)目內(nèi)容查看、技術指標監(jiān)測等多種業(yè)務流程。為保證業(yè)務順利實現(xiàn),并且相互之間不會發(fā)生干擾,需要針對每一項獨立業(yè)務分別開展流程設計。這里以監(jiān)測信息故障報警為例,其流程如下。
獲取前端實時監(jiān)測信息后,執(zhí)行一個判斷程序“該信息是否為報警信息?”如果判斷結(jié)果為“否(N)”,則直接將報警信息存入數(shù)據(jù)庫,并結(jié)束本輪監(jiān)測任務。如果判斷結(jié)果為“是(Y)”,一方面要進一步判斷報警信息所屬級別,并根據(jù)判斷結(jié)果將該報警信息存儲到對應的監(jiān)測中心,對該報警信息進行備份,將原數(shù)據(jù)與備份數(shù)據(jù)分開存入到數(shù)據(jù)庫[5]。另一方面,則要查看監(jiān)測信息的具體內(nèi)容,并檢查是否存在誤判。如果存在誤判,直接存檔并將該誤判信息存入數(shù)據(jù)庫中;如果不存在誤判,即確實存在故障報警,則啟動提前制定好的應急預案,對該報警作出妥善的處理。完成處理后,將處理過程、處理結(jié)果等上報給相關部門,并將處理結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫,完成本次監(jiān)測信息故障報警的整個流程,如圖4所示。
3" 結(jié)束語
廣播電視監(jiān)測技術的發(fā)展,可以實現(xiàn)對無線和有線電視、調(diào)頻廣播、中短波廣播及移動多媒體等各類信號的實時監(jiān)測,并利用解碼壓縮技術、數(shù)據(jù)庫技術、云計算技術等,實現(xiàn)對音頻、視頻信號的特殊處理,將處理結(jié)果以簡單明了的形式呈現(xiàn)在監(jiān)測中心的顯示器上,方便管理人員一目了然地掌握哪個頻道存在異常播出情況。今后還要加快推進大數(shù)據(jù)、人工智能等技術與廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)的融合,實現(xiàn)從自動化監(jiān)測向網(wǎng)絡化、智能化監(jiān)測的發(fā)展,從而切實保障廣播電視的高質(zhì)量、高效率播出。
參考文獻:
[1] 張慧茹.廣播電視信號監(jiān)測系統(tǒng)在高山發(fā)射臺站設計和應用探討[J].衛(wèi)星電視與寬帶多媒體,2022(13):100-102.
[2] 郭小鵬.PowerQuery在衛(wèi)星廣播電視播出數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析的應用[J].電子世界,2021(9):207-209.
[3] 黃云霞.廣播電視直播衛(wèi)星接收信號監(jiān)測平臺系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)分析[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟和信息化,2022(8):12-14.
[4] 胡愷.基于手持測試儀構建廣電網(wǎng)絡射頻指標遠程智能監(jiān)測系統(tǒng)[J].廣播電視網(wǎng)絡,2022(2):58-60.
[5] 袁玉平.基于人工智能的廣播電視內(nèi)容監(jiān)測系統(tǒng)[J].中國有線電視,2021(5):113-114.