播出信號監測監錄系統的設計與應用

吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團 電視播出部，江蘇 南京 210001）

播出信號監測監錄系統的設計與應用

吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團 電視播出部，江蘇 南京 210001）

南京廣播電視集團播出系統升級改造將設備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監控監測方案融入到播出系統中，其中建立對各頻道視頻服務器的預播及播出系統末端PGM等關鍵點信號進行實時檢測報警的系統可以進一步確保播出安全。探討了播出信號監測監錄系統的設計原則與需求分析、系統架構及技術方案，并闡述其在南京廣播電視集團播出智能監控系統中的應用。

信號監測；監錄存儲；日志查詢；檢索回放

南京廣播電視集團播出系統升級改造項目已于2013年5月上旬完成并上線試播，項目中新建2個高標清同播頻道的同時全面升級了原有的硬盤播出系統。根據總局62號令對安全播出的相關要求，將設備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監控監測方案融入到播出系統中，實現了網絡化、智能化播出系統監控報警功能。雖然系統在節目(含廣告)上載與文件化送播環節有實時自動技審，但為了避免人工處理技審報告時的疏忽，有必要建立對各頻道視頻服務器的預播及播出系統末端PGM等關鍵點信號進行實時檢測報警的系統。本文將探討播出信號監測監錄系統的設計原則與需求分析、系統架構及技術方案，并闡述其在南京廣播電視集團播出智能監控系統中的應用。

1 播出信號監測監錄系統設計原則與需求分析

南京廣播電視集團播出信號監測監錄系統由預播信號監錄監測和信號監測兩部分構成，系統采集10個頻道的播出PGM信號和預播信號，并分析處理后進行聲光報警，對播出系統運行故障能及時發現、預判故障發生，彌補了上載與文件送播環節的漏檢部分。其中預播是利用視頻服務器解碼通道對即將播出的硬盤內節目進行提前播放。監錄是按頻道對其預播信號用硬盤收錄并監測，同時提供回放檢索功能。監測是利用硬件板卡同時監測在播信號和預播信號。預播監錄和信號監測工作獨立運行，并無縫接入播出域的智能監控系統中[1-2]。

1.1 系統設計原則

播出信號監測監錄系統負責播出系統中20個關鍵點信號的檢測及10個預播信號的監錄，其整體設計過程遵循以下原則：

1）檢測指標：利用廣播級專業信號檢測卡，對電視播出信號質量實時檢測報警，實現電視播出信號的質量監測及量化管理；信號檢測的默認閾值符合廣電總局頒布的高標清晰度電視演播室標準、國家標準廣播級技術指標以及總局金帆獎標準。

2）技術先進：采用最新DSP技術和模塊化架構，保證系統的技術層次能滿足信號質量及硬盤錄制任務的需求。

3）監錄可靠：播出信號監測監錄系統可24 h不間斷可靠工作，同時要求采用冗余備份容錯和故障恢復等多種安全性技術，以保證記錄數據的安全。

4）實時準確：播出信號實時監測報警的準確率必須保證達到100%，以滿足安全播出的需求。

5）規模可擴充：系統采用模塊化結構，當監測任務增加時，可以通過增加信號檢測卡及監測監錄服務器方便地擴大系統規模，滿足信號檢測通道及系統功能等方面的進一步需求。

6）系統開放：軟件層以Web Service接口對外開放，可通過遠程計算機通過IE瀏覽器直接訪問控制。支持SNMP協議[3]，可向第三方監控軟件以“Trap”方式發出報警并實時以圖形化展示，同時向播出智能監控系統提供報警信息。

1.2 系統需求分析

根據播出智能監控系統的關鍵點信號監測要求，播出信號監測監錄系統需求可分為以下7個部分：

1）應用平臺：為保證系統的穩定性、操作界面的友好性及系統運行的安全、高效，系統采用微軟軟件開發平臺進行開發。數據庫系統選用分布式數據庫管理系統SQL Server 2003，操作系統選用Windows 7作為計算機系統的平臺；系統使用的開發平臺和數據庫平臺均為目前比較成熟的系統平臺，以確保系統運行的安全穩定及操作界面的友好性。

2）信號檢測：對播出的視音頻信號的中斷、黑場、靜幀、靜音、彩場、彩條、聲音中斷、聲音過低或過高等異常情況提供可視化的聲訊報警；可設定需要檢測監錄的節目時間段，檢測精度、閾值也可自行設定。

3）監錄存儲：結合H.264視頻壓縮算法或WMV流媒體格式，利用監錄服務器將預播信號編碼壓縮成0.5～1 Mbit/s碼流的流媒體數據保存到本地硬盤，實現24 h不間斷的錄制（或按播出串聯單錄制），分段形成獨立的視音頻文件（分段時間可設定）。

4）監測報警：檢測到信號異常時提供聲光報警方式，報警信息可設定，故障臨界值可修改。

5）檢索回放：可隨時對監錄的各頻道的預播信號進行檢索回放，對將有可能造成劣播、停播和誤播的故障精確定位、提前處理，日后有據可循；具有視頻顯示鏈接的功能，某頻道在某段時間出現的黑場、靜幀、音頻丟失等異常信號故障的統計次數，必須詳細到某次影響的時間長度及雙擊該條能鏈接到該條視頻顯示上，以快速定位確認是否為誤報。

6）日志查詢：根據信號監測要求，提供參數設置、多種條件報警記錄查詢、節目錄制日志文件查閱等功能，具有分頻道或所有頻道匯總查詢、統計和報表功能。

7）操作簡便：系統設置方便，具備實用化的操作流程、友好的軟件操作界面和直觀全面的收錄事件分布圖，用戶可以完全掌控所有收錄事件的收錄過程。自動實現素材的歸屬，對收錄素材設置生存期，過期素材自動刪除。

2 播出信號監測監錄系統在南京廣電集團的應用

2.1 播出信號監測監錄系統結構

播出信號監測監錄系統邏輯結構如圖1所示，系統采用PC架構設計，集“信號采集層、數據處理層、應用層、存儲層”于一體，充分使用系統硬件資源，有效提高系統的穩定性及運行效率。數據處理層讀取處理信號采集層發來的數據，向應用層提交信號檢測信息及報警日志數據，同時系統將信號檢測報警信息通過Web Service以SNMP的Trap方式發送到播出智能監控系統。值班人員通過本機操作平臺可獲得信號監錄狀態、監測報警信息，監錄素材檢索、回放，日志查詢，設定系統相關參數、門限、狀態等，優化報警策略，配置監控界面展現方式，進行數據管理。

圖1 播出信號監測監錄系統邏輯結構圖

2.2 播出信號監測監錄系統組成

播出信號監測監錄系統如圖2所示，由2臺HD/ SD-SDI信號監錄服務器和1臺10路雙HD/SD-SDI信號檢測服務器組成。10個頻道的預播信號從監錄服務器環出，與10個頻道播出末端PGM信號一同進入信號檢測服務器，除本機提供相關監測監錄及報警信息外，監錄及檢測服務器還通過系統監控交換機與播出智能監控系統相連，提供播出和預播共20路播出系統關鍵點信號質量進行實時監測報警信息。

2.3 播出系統關鍵點信號監測

播出系統關鍵點信號狀態檢測通過配置10塊XIO9050HSM專業信號硬件板卡實時完成10個頻道的在播PGM和預播共20路關鍵點信號的監測。該信號檢測卡原理框圖如圖3所示，基于智能網絡平臺，采用最新DSP技術和模塊化架構，每個模塊支持2路HD/ SD-SDI信號（嵌入音頻）自適應輸入，能監測20多種常用指標及專家級指標，支持SNMP協議，當有故障發生時通過Trap方式發送報警信息。另外，基于Web Ser?vice技術的信號檢測卡，可遠程通過網內任意終端使用Web瀏覽器直接訪問和控制。

信號檢測板卡支持檢測20多種常用指標及專家級指標，包括檢測數字視頻信號格式；監測輸入的HD/ SD-SDI信號有無（信號幅度低于280 mV時為信號丟失）；支持視頻靜幀、黑場、彩條、彩場等監測，支持閾值設置，包括百分比及持續時間，上報精度為1幀；讀取數字信號嵌入音頻狀態（聲道分布、存在、丟失或靜音）、音頻超標，支持閾值設置（包括幅度及持續時間），上報精度為1幀；提供EDH錯誤檢測、HD信號行序號錯誤檢測、CRC錯誤檢測；支持信號行/場相位鎖定狀態、行場相位值及偏移量檢測；檢測主從同步信號相位偏離及偏移量；支持AFD狀態的檢測，包括讀取內嵌AFD信息，支持16種閾值設置。上述監測項目結果可以通過SNMP查詢和主動上報給播出智能監測系統。

圖2 播出信號監測監錄系統圖

圖3 信號檢測卡原理框圖

2.4 預播信號監錄

預播信號檢測監錄流程如圖4所示。借助于專業信號檢測板卡和監錄終端可以實時了解即將播出的素材狀態，當監錄系統檢測到預播信號發生異常并告警時，值班人員可通過查詢調用監錄的預播圖像，分析即將發生異常現象的原因，及時應急處理，達到節目播出異常預判的目的。預播僅針對于視頻服務器硬盤里已經有的即將播出的素材。預播通道根據相應頻道播出軟件的設置進行一定時間提前量（實際設置為30min）的節目預播。

預播信號監錄系統支持7×24 h不間斷工作，提供手動、定時、按單錄制三種工作方式。系統中每臺監錄服務器配置了2塊HD/SD自適應信號采集卡，按實際情況分別完成1路HD信號和4路SD信號的視音頻質量的實時監測報警及收錄存儲功能。監錄服務器實時把采集到的數字視頻壓縮成Windows Media的WMV2格式的文件，其分辨率為720×576（5∶4）（CCIR-601）PAL制、25 f/s（幀/秒），輸出碼流為1 024 kbit/s（CIF）（可調整）；音頻數據實時壓縮成WMA格式，16 bit量化，48 kHz采樣，2通道，輸出碼流為64 kbit/s。

圖4 預播信號檢測監錄流程

監錄服務器的視音頻信號質量實時監測的內容包括信號狀態、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態及聲道分布等信息，并提供聲訊報警；具備完善的報警查詢能力，支持根據多種條件查詢結果；具有分段錄制功能，可以實時檢索、調用存儲在硬盤中的錄制內容，以備對異常信號進行分析、判斷；此外，服務器支持過期素材自動刪除，根據預設的時間和容量門限可以自動刪除過期錄制內容，釋放存儲空間。

2.5 播出信號監測監錄系統報警機制

播出信號監測監錄系統報警優先級設定是為了在對各頻道播出末端PGM和預播信號進行頻繁輪巡的同時，區分各種報警信息的重要性并以不同的預設方式顯示，從而提高系統應急處理的能力，減少故障影響程度。故障報警機制如下：

1）報警類型機制：單次報警、連續報警、間歇報警、有限次數報警。

2）報警級別機制：普通報警、較嚴重報警、嚴重報警。

3）報警方式機制：聲音、文字、圖形、短信。

4）報警過濾機制：報警級別、報警事件、報警方式、報警信息排序。

5）報警日志機制：監測日志、檢測報警數據保存到后臺數據庫供日后查詢，同時將這些數據上報給播出智能監控系統。

3 播出信號監測監錄系統軟件構成

3.1 播出信號監測監錄系統軟件構成

播出信號監測監錄系統軟件主要分為信號檢測模塊、信號編碼錄制模塊、監錄狀態信息顯示模塊、監錄終端操作模塊及數據庫信息存儲模塊。播出信號監錄監測系統軟件邏輯結構如圖5所示，信號監錄終端主要功能包括配置管理、實時監錄、日志查看、統計報表和其他狀態監測等。另外軟件還提供了日志查詢功能，包括狀態、級別、信號點、告警內容、發生時間、結束時間、持續時間、處理情況及是否在監測時段；可以生成統計報表，可以選擇以柱狀圖或餅狀圖展示；統配置管理含顯示參數、檢測時間間隔、報警機制、通信狀態、軟件自動維護時間間隔、監錄素材生命周期管理、系統存儲硬盤管理、日志保留時間等。

圖5 播出信號監錄監測系統軟件邏輯結構

預播監錄軟件界面如圖6所示。在操作界面上除顯示監錄圖像和伴音通道及電平外，還顯示常用指標的檢測結果，實時檢測所監錄頻道預播信號的狀態、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態及聲道分布等信息，其綠燈表示信號參數正常且在設定閾值內，黃燈表示信號參數超出設定閾值，灰燈表示信號丟失或功能限制。另外系統還檢測信號總體狀態、數據庫狀態、設備通信狀態。利用監測卡自帶信號檢測功能，當信號狀態異常時，軟件右下角會依次彈窗發出相關實時報警提示信息，幫助值班人員快速、準確地判定故障發生原因。

圖6 預播監錄軟件界面（截圖）

3.2 播出信號監測監錄系統功能特點

1）信號實時檢測報警功能。通過與信號質量檢測卡配合使用，可以實時對關鍵點信號做量化檢測，對視頻丟失、黑場、靜幀，是否出現彩條、彩底，聲音是否中斷或過低（過高）等這類定性監測報警的實時性非常重要，可以幫助值班人員隨時掌握信號狀態，第一時間對播出事故進行應急處理。

2）圖像伴音實時監看功能。所監錄頻道的預播圖像和伴音電平顯示在監錄終端上，并顯示當前采集狀態。

3）自動硬盤錄制功能。監錄軟件將信號采集卡接收到的高/標清SDI信號以Windows Media Video 8（WMV2）流媒體格式編碼成帶寬為1 Mbit/s的媒體數據保存到本地硬盤，存儲節目按錄制頻道、當前的日期、時間自動生成錄制節目相應文件的文件名。

4）檢索回放功能。錄制在本地硬盤的節目可以檢索和回放。因為預播素材是分段（10 min）錄制的，所以可以檢索并回放已存檔的錄制內容，為提前預判節目異常提供依據。

5）軟件后臺管理功能。監錄系統有完備的保存機制，比如數據編碼格式、數據保存時間等。另外，監錄系統還可以自動清理過期的錄制素材，智能管理剩余硬盤空間。

6）融入播出智能監控系統。在播出智能監控系統的網絡架構中，關鍵點信號檢測屬于其子功能模塊，每塊檢測板卡提供一個自適應千兆以太網口，全機箱一共輸出10根網線通過交換機接入播出智能監控系統的網絡中，當有故障發生時每塊檢測卡會通過SNMP Trap方式發送報警信息。播出智能監控系統接收到信號級監測的源數據，發布到分布于其系統中的各監控終端上，監控終端根據事先設置的級別對不同信息進行提示或者聲光告警，提醒值班人員采取相應的應急措施最大程度降低播出事故的發生。

4 總結

播出信號監測監錄系統的建立是保證安全播出的重要手段之一，可以實時監測監錄各頻道播出、預播的HD/SD-SDI信號，一旦發現關鍵節點信號異常，能及時幫助值班人員第一時間對播出事故進行處理，同時監錄結果可作為分析判斷事故的依據。南京臺建設的這套播出信號監測監錄系統自2013年5月份啟用以來，作為一項新的技術手段為南京臺節目的優質安全播出提供了更多的保障，相信隨著日后不斷改進和實踐將會為南京臺的節目安全播出發揮越來越大的作用。

[1]龔曙光.硬盤播出系統的設備監控［J］.電視技術，2008，32（8）：78-79.

[2] 曹健，吳永生.南京廣播電視集團硬盤播出系統建設［J］.廣播與電視技術，2013，37（9）：40-46.

[3]黃蓓.基于SNMP的協議的播出監控系統設計與應用［J］.廣播與電視技術，2013，37（11）：20-23.

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2013-11-18

【本文獻信息】吳永生，楊旸.播出信號監測監錄系統的設計與應用[J].電視技術，2014，38（8）.

吳永生，南京廣播電視集團電視播出部副主任，高級工程師；楊 旸，南京廣播電視集團電視播出部主管，高級工程師。