蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

梁旭文

（甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

梁旭文

（甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

通過對數(shù)字電視的簡介，逐步引申到甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘭州分公司的數(shù)字有線電視現(xiàn)狀，然后通過設(shè)計思路的詳細闡釋和技術(shù)的實現(xiàn)圖文說明，全面呈現(xiàn)了高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)。該系統(tǒng)達到了國家廣電技術(shù)標準，且便于日常維護以及日后的系統(tǒng)擴容升級。

數(shù)字電視；高標清；監(jiān)測系統(tǒng)

1 數(shù)字電視簡介

在數(shù)字化信息技術(shù)的革命下，數(shù)字電視應(yīng)運而生。在傳輸方式上，數(shù)字電視系統(tǒng)不再采用模擬電視的壓縮和編碼，而是采用數(shù)字信號，最后在接收端對接收到的數(shù)字信號進行處理、解碼、轉(zhuǎn)換，將音視頻節(jié)目信號還原成模擬信號，并在電視機上播放顯示各種數(shù)據(jù)[1-2]。

數(shù)字電視與傳統(tǒng)模擬電視相比較，有以下優(yōu)點：

1）條件接收系統(tǒng)可以實現(xiàn)對用戶的有效監(jiān)管，保證了資金的出入透明化，為實施各類收費業(yè)務(wù)提供了便利。

2）數(shù)字信號使用了先進的圖像編碼技術(shù)，可以充分利用頻道資源，用數(shù)字電視傳輸方式可大大節(jié)省因增加電視節(jié)目頻道而產(chǎn)生的傳輸費用，提高經(jīng)濟效益。

3）采用數(shù)字形式傳播和廣播，抗干擾能力強，不受地理因素限制，幾乎可以無限擴大覆蓋面。

4）數(shù)字電視可以傳輸5.1聲道的環(huán)繞立體聲，為用戶提供更好的音效體驗。

2 蘭州有線數(shù)字電視現(xiàn)狀

甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司蘭州分公司自成立以來，一直是以廣播電視節(jié)目傳輸為主業(yè)的大型現(xiàn)代化有線廣電網(wǎng)絡(luò)運營商。

甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)股份有限公司（簡稱甘廣網(wǎng)絡(luò)公司）為滿足數(shù)字電視系統(tǒng)的正常運行和傳輸安全，建設(shè)了高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)可對28路QAM信號進行碼流分析，為數(shù)字電視系統(tǒng)的管理和維護提供參考標準，快速診斷并及時解決問題。在此基礎(chǔ)上，為了直觀了解信號的質(zhì)量和安全性，還對其中20路標清QAM信號和6路高清信號進行多畫面顯示監(jiān)測。

3 設(shè)計思路

3.1 總體設(shè)計

甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)公司經(jīng)過長時間的考慮和權(quán)衡，通過對現(xiàn)有狀況和需求的分析，逐步確立了蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)的總體設(shè)計目標：以標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)為核心，以高清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)為輔，通過多畫面顯示監(jiān)測系統(tǒng)和碼流分析系統(tǒng)對高標清數(shù)字電視完成顯示監(jiān)看和QAM信號的碼流分析[3]。

20路QAM信號中含有120套標清節(jié)目，考慮到這120套標清節(jié)目的收視用戶基數(shù)大、關(guān)心程度高、收視率穩(wěn)定居高，需要采用多畫面顯示實時監(jiān)測報警，對其進行重點監(jiān)測，保證安全播出。

而對于6路QAM信號中含有的23套高清節(jié)目來說，多畫面顯示實時監(jiān)測報警就不是很合適。第一，高清概念普及程度不夠，節(jié)目收視用戶不是很多。第二，高清節(jié)目占用資源多，實時監(jiān)測成本非常高。出于多方面綜合考慮，決定對其采用多畫面顯示輪巡監(jiān)測報警，保證安全播出。

除了對信號進行畫面顯示監(jiān)測，還應(yīng)對其信號本身質(zhì)量進行監(jiān)測。通過兩個不同層面的監(jiān)測環(huán)節(jié)，把信號的狀態(tài)立體地呈現(xiàn)出來。

3.2 多畫面顯示監(jiān)測系統(tǒng)

1）輪詢和實時兩種方式兼?zhèn)?/p>

支持輪詢、實時兩種方式的監(jiān)測。且實時和輪詢節(jié)目畫面顯示相互獨立，輪詢畫面切換穩(wěn)定、平滑、無卡幀。

2）支持多格式媒體

由IP構(gòu)建系統(tǒng)，對主流流媒體提供全面支持，涵蓋UDP，HTTP，RTMP，RTP，HLS，RTSP等傳輸協(xié)議，TS，F(xiàn)LY等封裝格式的碼流。

3）多格式高標清節(jié)目的解碼能力

系統(tǒng)可以同時解碼多套高標清節(jié)目。高標清視頻解碼格式支持MPEG-2，MPEG-4，AVS，AVS+，H.264，H.265等；音頻解碼格式支持DRA，AC3，AAC，MP2，MP3等。在對5.1聲道伴音解碼后，可進行彩色音量柱顯示并監(jiān)聽。對于越來越多的立體聲音節(jié)目，可以左右聲道分別進行監(jiān)聽。值得一提的是還能支持3D電視頻道的監(jiān)看、監(jiān)測和錄像。

4）準確的視音頻內(nèi)容監(jiān)測

對于視頻故障的監(jiān)測，有黑場、彩場、彩條、靜幀、視頻遺失、臺標遺失、視頻解碼異樣、臺標遺失等方式；對于音頻故障監(jiān)測，有音量過大、音頻遺失、音量過小等方式。視頻故障監(jiān)測的優(yōu)勢在于能夠精確到每一幀進行監(jiān)測，并可設(shè)定監(jiān)測的范圍，能對指定的馬賽克進行監(jiān)測；音頻故障監(jiān)測的優(yōu)勢在于能準確比對正常伴音和遺失后的雜音，可智能判斷和區(qū)分立體聲、單聲道、雙聲道的區(qū)別并進行監(jiān)測。

5）靈活的畫面顯示

支持1～4塊大屏的輸出顯示，每屏均支持輸出顯示不同的節(jié)目內(nèi)容。設(shè)備具有3種接口，DVI，VGA以及HDMI，靈活連接不同設(shè)備，且屏幕的分辨率均可高達1 080p。

提供靈活的畫面組合功能，可對屏幕任意分割，支持畫面組合模板的導入導出。支持輪巡和實時，且彼此節(jié)目畫面顯示不互相影響，切換平滑。

6）實用的報警管理機制

為了方便值班人員的值班管理，在語音、日志、OSD、數(shù)據(jù)庫、短信等多種報警方式的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)充分結(jié)合了廣電機房值班、運維的實際情況，提出并完善了一整套報警管理機制，包括故障循環(huán)語音報警、故障的人工確認與忽略、手動暫停監(jiān)測、按故障類型設(shè)置運行圖、故障畫面放大顯示等功能。

7）高效的錄像存儲功能

為了保存節(jié)目錄像，方便日后查證觀看。系統(tǒng)需對選定的節(jié)目進行時段式錄像或觸發(fā)式錄像。錄像格式可在原始碼流、原始單節(jié)目流、H.264和MPEG-4中自行設(shè)置，錄像參數(shù)也可以同時設(shè)置；同時系統(tǒng)采用了先進的磁盤存儲技術(shù)，包括磁盤預(yù)分配、延時寫入、多級索引和免拼接等技術(shù)，提供了穩(wěn)定存儲功能的同時，進一步延長了硬盤的壽命。具有對任意時長的錄像進行快速檢索和調(diào)用的功能。

3.3 碼流分析系統(tǒng)

1）實時顯示碼流

支持顯示監(jiān)測前端的各種監(jiān)測數(shù)據(jù)，包括系統(tǒng)自定義故障、PSI/SI表格全解析、模板比對、TR101 290的三級錯誤監(jiān)測、各種信道指標、帶寬數(shù)據(jù)實時信息、PCR抖動分析等。

2）實時立體分析

提供以下指標的在線分析，包括帶寬監(jiān)測、節(jié)目分析模板比對、基本信息、PCR分析、信道監(jiān)測、TR101 290監(jiān)測、PSI/SI分析。通過統(tǒng)計展示各種指標的歷史變化情況和當前信號的信道和碼流信息，可以全方位地對碼流進行立體分析。

3）完整的碼流錄制

錄制文件的大小和存放位置可根據(jù)需求自行設(shè)置。具有4種錄制方式，包括觸發(fā)碼流錄制、手動碼流錄制、本機錄制和分布式網(wǎng)絡(luò)錄制。通過以上方式，碼流錄制不僅完整而且準確。由于存在先進的磁盤預(yù)分配技術(shù)，可以控制磁盤碎片的產(chǎn)生。

4）實用的表格對比

具有對加密PID、加密類型進行詳細比對的功能；具有對表格關(guān)鍵指標進行比對監(jiān)測的功能；具有TS流的網(wǎng)絡(luò)基本信息、傳輸信息和業(yè)務(wù)信息的表格比對功能。

5）3種掃描方式

通過設(shè)置前端的各項參數(shù)，對頻道、PSI/SI和EPG等信息進行掃描。掃描方式有指定頻點掃描、中心頻點掃描和當前頻點掃描。

6）多樣化的報警方式

系統(tǒng)具有多樣化的報警功能。不僅有常用的語音、標題欄、日志和數(shù)據(jù)庫報警等，還有新穎的網(wǎng)絡(luò)、觸發(fā)錄像和SNMP報警的功能。

7）數(shù)據(jù)庫的管理

為方便用戶的故障定點分析和報表的生成，數(shù)據(jù)庫具有全面的人性化功能，包括錄像、故障和歷史的記錄，還可對操作記錄進行查找、刪除和打印。

8）用戶管理權(quán)限

系統(tǒng)可設(shè)置兩種權(quán)限的用戶：管理員和會員。管理員具有修改和刪除等高級權(quán)限的操作資格，而會員僅具有查詢的資格。這樣便于管理，保證了系統(tǒng)的安全性，可使責任與權(quán)力集中劃分。

4 技術(shù)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)組成

1）嵌入式機箱。配備2臺BHC2000 2U嵌入式機箱，安裝8塊BHQA68多通道DVB-C有線數(shù)字電視監(jiān)測解擾卡。每臺2U機箱可插4塊各類板卡，采用相應(yīng)的接口背板，橫插式板卡后裝載可熱插拔，由BHP1000冗余熱備份電源直流供電。

2）嵌入式電源。配置1臺BHP1000冗余熱備份電源，配置3個150W電源模塊，實現(xiàn)了2+1冗余熱備份的同時，提供了完全并聯(lián)的12 V直流輸出，可與輸入接口為直流電源的機箱配合使用。

3）多通道DVB-C有線數(shù)字電視監(jiān)測解擾卡。配置7塊BHQA68多通道DVB-C有線數(shù)字電視監(jiān)測解擾卡，對28個QAM頻點進行實時監(jiān)測解擾等功能。

4）多畫面顯示監(jiān)測報警系統(tǒng)。配備3套多畫面顯示實時監(jiān)測報警系統(tǒng)，1套多畫面顯示輪巡監(jiān)測報警系統(tǒng)。用于完成高標清電視節(jié)目的實時、輪巡監(jiān)測報警、多畫面組合顯示全程錄像等功能。采用HDMI，VGA和DVI等接口輸出，顯示分辨率高達1 920×1 080。可以任意選擇TS over IP組播碼流，任意選擇節(jié)目，進行畫面組合監(jiān)聽、監(jiān)看和監(jiān)測。

5）碼流分析系統(tǒng)。配置1套碼流分析系統(tǒng)，匯總所有監(jiān)測信號的傳輸指標、碼流監(jiān)測數(shù)據(jù)和故障報警信息，集中監(jiān)管和報警。監(jiān)測基本信息監(jiān)測包括PSI/SI表間隔、網(wǎng)絡(luò)ID和名稱、TS包長度、TS組成、節(jié)目占用帶寬、空包占用帶寬有效碼率、系統(tǒng)碼率、傳輸流ID和PID數(shù)量。

蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

圖1 蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)工作流程

4.2 系統(tǒng)工作流程

高清、標清共計26個QAM信號，進入2臺嵌入式機箱。機箱內(nèi)共裝有7塊嵌入式監(jiān)測板卡。QAM信號過監(jiān)測板卡的解調(diào)、信道指標監(jiān)測、碼流分析告警、解擾后從機箱以TS over IP打包的方式輸出到網(wǎng)絡(luò)交換機。隨后，網(wǎng)絡(luò)交換機把處理后的信號分別分配給3套多畫面顯示實時監(jiān)測系統(tǒng)，1套多畫面顯示輪巡監(jiān)測系統(tǒng)和1套碼流分析系統(tǒng)。各個系統(tǒng)對接收到的信號進行分析處理，完成各自的功能。多畫面顯示系統(tǒng)輸出HDMI，DVI，VGA信號到監(jiān)測屏幕墻，進行監(jiān)看。碼流分析系統(tǒng)輸出信號給操作臺的顯示器，進行監(jiān)看。操作臺可對實時監(jiān)測報警系統(tǒng)、碼流分析系統(tǒng)、多畫面顯示輪巡監(jiān)測系統(tǒng)進行手工操作和查看。

5 總結(jié)

甘肅省廣播電視網(wǎng)絡(luò)公司高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)在近兩年的實際運行中，突顯了極高的安全穩(wěn)定性。由于其采用自動化監(jiān)測，與傳統(tǒng)的人工監(jiān)測相比，大大減少了值班人員的負擔。而且經(jīng)測試，播出指標完全達到了國家廣電技術(shù)標準。高標清兼容、實時輪巡相結(jié)合的系統(tǒng)設(shè)計，不僅在最大程度上保障了安全播出，而且有效控制了成本。無論是對于當前的日常維護，還是日后的系統(tǒng)擴容升級，都提供了有利條件。本監(jiān)測系統(tǒng)適用于對安全播出有嚴格要求且需要成本控制的廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)上，對國內(nèi)廣播電視高標清監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)具有參考價值。

[1] 廖洪濤.數(shù)字電視業(yè)務(wù)支撐系統(tǒng)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2011.

[2]數(shù)字電視國家工程實驗室（北京）.數(shù)字電視前端系統(tǒng)[M].北京：科學出版社，2012.

[3] 趙增援，董秋林.電臺播出機房各節(jié)目監(jiān)測的一種解決方式[J].電聲技術(shù)，2011，35（8）：79-81.

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2014-09-10

【本文獻信息】梁旭文.蘭州高標清數(shù)字電視節(jié)目監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計[J].電視技術(shù)，2014，38（24）.