播出應急可視化一鍵式切換優化算法

李瑞民

(上海風格信息技術股份有限公司，上海 201804)

播出應急可視化一鍵式切換優化算法

李瑞民

(上海風格信息技術股份有限公司，上海 201804)

在電視節目的安全播出中，采用多路輸入互為備份的方式，可以有效地避免因單點故障而導致整個頻道的輸出異常。特別是大型電視臺，會采用主路、備路、備二、墊片四路輸入，然而四路之間復雜的切換關系，使值班人員通常要花費較長時間判斷，并且容易出錯。通過可視化一鍵式切換優化算法，將原來復雜的人工判斷交由計算機來完成，將原來需要組合判斷的故障處理條件簡為兩畫面之間的切換，并且明確給出“切”與“不切”的準確提示，加之可視化效果，使整個過程簡單、明了、準確、快捷。最終通過 程序驗證，證實了算法在提高值班人員故障處理便捷性和準確性上有很好的效果。

一鍵式切換；可視化；圖像層；切換邏輯；優化算法

1 傳統的頻道播出監控方式

電視節目信號的監控中，監控系統及時、準確地發現故障并報警，值班員根據報警，迅速做出正確的切換動作，是保障節目順利播出的決定性因素[1]。

在一個設施完善的電視頻道中，為了保障節目的順利播出，會使用多路信號作為信號源，值班員可以從多路信號源中任選一路輸入作為輸出[2]。以上海電視臺為例，每個頻道使用主路、備路、備二、墊片共四路信號，如果不經過監控系統，則這四路信號經過一個“四選一”開關輸出即可。這里的“四選一”開關的作用即從上述四路輸入信號中選擇一路作為輸出，該輸出信號就是電視機用戶最終看到的電視節目，因此，值班員在四選一開關上的操作直接決定最后輸出信號的正確性。采用傳統監控系統的一個完整頻道如圖1所示。

圖1 一個頻道的監控示意圖

在圖1中，四路完全相同的信號分別通過信號監控板卡，在輸出原封不動的節目之外，還會通過網線輸出節目碼流中的報警，無論是報警，還是原來的碼流節目都匯集到“多畫面監看系統”中，值班員平時在監看多畫面監看系統的同時，隨時會根據四路輸入中出現的報警，控制四選一開關，使最終的輸出為四路輸入中沒有故障的那一路。

在四路輸入中，主路與備路采用同一套節目源，鏈路上設備相同但鏈路完全獨立，這樣做的目的，是因為兩套鏈路同時出現故障的概率會遠遠小于一條鏈路出現故障的概率；備二與主備在鏈路上的設備不同且完全獨立，這樣避免因設備設計缺陷而導致節目受到影響；墊片則是前三路小概率事件下的“最后陣地”，不僅是完全獨立的設備鏈路和節目源，甚至從節目內容上，前三路信號的內容是必須完全一樣的，而墊片為確保無故障，這條鏈路可以簡化到只使用本地設備中風景或廣告片的循環播出。

雖然在播出中，四路輸入按主路、備路、備二、墊片的順序，后一路信號都是前一路信號的備份，并且在四選一開關所用的信號嚴格按照這個順序進行切換。不難想象，無論是理論上，還是實際中，四路節目都可能出現故障，并且其出故障的概率都是相同的。不過，作為一個完整的頻道，所關注的不是哪一路輸入信號出現故障了，而是關注兩點：一是當前的輸出所對應的輸入信號是否正常；二是萬一現在輸出的信號對應的是有故障的輸入，那么應該從剩下的三路正常信號中選擇哪一路作為輸出。這不僅僅是正確與否的問題，而是要在最短的時間內迅速做出正確操作的問題。

2 當前模式存在的問題

前面提到的這個看似簡單的問題中，其實存在很多需要解決的關鍵問題。首先是人的生理問題。因為信號出現故障是小概率事件，但正是這種小概率事件，會使長期處于第一線的值班員在工作中時時刻刻處于緊張狀態，而當發生故障時，反而因麻痹而錯過切換時間。其次是判斷流程的復雜，也是個關鍵問題。當某一路輸入信號提示發生故障時，并不意味著一定要做“切”的操作，此時的值班員首先要考慮的是最終的“輸出”信號是否正常，如果輸出正常，只需要排查故障鏈路即可；如果輸出有故障，則值班員還要馬上判斷輸出所對應的輸入是哪一路，在排除出故障發生所在路之后，再在剩下的三路信號中，按主路、備路、備二、墊片的順序優先選擇要切換的輸入信號。整個過程不僅耗費較長的判斷時間，而且還會因為緊急情況下要考慮因素較多而造成錯切事故。

綜上分析，上述傳統的工作方式下，系統的瓶頸在于人為干預的太多，且都是安全播出中最關鍵的環節。

2.1 算法分析

撇開人為因素，分析圖1所示傳統的工作方式，不難發現，在一個頻道中，四路輸入信號中的每一路，在經由監控板卡發現故障，并將報警送給多畫面監看程序的時候，多畫面程序很容易將沒有發生故障的信號源按主路、備路、備二、墊片的優先級順序排列。例如，備路有故障，則沒有故障的排序是主路、備二、墊片。

僅僅有了上述排序還不夠，因為此時要不要“切”，還取決于四選一開關當前的輸出選擇的是哪一路輸入。同樣是上例，如果當前開關的輸出是主路，雖然備路發生了報警，但仍然不能“切”；但如果當前是備路，則要“切”，并且要切到主路；如果當前是備二或墊片，雖然二者的信號都沒有問題，但由于主路是正常的，也要切回到主路。

根據這一分析，說明應急操作要同時考慮兩個因素，一是四選一開關的當前狀態，另一個是給值班員一個“切”或“不切”的提示。

2.2 切換邏輯

很顯然，當某一路作為輸出的信號且有報警時，必切到其他路；同時當某路信號有報警時，不會由其他路信號切至該路。基于這一原則，不難發現，一個頻道的各路信號之間，由于每路均有正常和報警兩種可能，因而一個頻道的狀態總共有24=16種組合。如果再加上“當前的輸出所對應的輸入”的4種可能，則整個頻道所有狀態的組合數共有16×4=64種。而這64種組合中，無論是哪一種，最終所要的結果都是向用戶給出“切”與“不切”的提示。

根據上述分析，可以列出切換邏輯表，如表1所示。

表1 “‘四選一’開關”切換邏輯全表

主路備路備二墊片當前輸出應急畫面提示————主備路不切————備、播、墊主路切報警———主、播、墊備路切報警———備備二不切—報警——主備二不切—報警——備、播、墊主路切——報警—主備路不切——報警—備、播、墊主路切———報警主備路不切———報警備、播、墊主路切報警報警——主、備、墊備二切報警報警——備墊片不切報警—報警—主、播、墊備路切報警—報警—備墊片不切報警——報警主、播、墊備路切報警——報警備備二不切—報警報警—主墊片不切—報警報警—備、播、墊主路切—報警—報警主備二不切—報警—報警備、播、墊主路切——報警報警主備路不切——報警報警備、播、墊主路切報警報警報警—主、備、播墊片切報警報警報警—墊墊片不切報警報警—報警主、備、墊備二切報警報警—報警備備二不切報警—報警報警主、播、墊備路切報警—報警報警備備路不切—報警報警報警主主路不切—報警報警報警備、播、墊主路切報警報警報警報警主、備、播、墊——

表1中，“主路”、“備路”、“備二”、“墊片”4個字段分別表示4路輸入是否有報警發生，空白表示沒有報警、“報警”表示有報警發生；“當前輸入”字段中，對主路、備路、備二、墊片的稱呼進行了簡化，分別用“主”、“備”、“播”、“墊”代替，當有多個字時，表示各項之間是“邏輯或”(OR)的關系；最后一列“提示”字段則表示要不要切換；倒數第二列“應急畫面”字段則表示如果切換，則切換到哪一路。

2.3 算法優化

傳統的業務流程上，用戶讀到報警狀態改變(報警發生或報警消失)時，首先要看開關當前的輸出所對應的輸入，并在四個輸入中將該路去掉，然后在剩下的三路輸入中，找到按主路、備路、備二、墊片順序中，最靠前的那個正常的輸入路數，通過該值與開關當前所對應的路數相比：如果前者小于后者，則實施切換的操作；如果前者大于后者，則不要切換。

根據2.1節的結論，應急操作要同時考慮兩個因素。體現在值班員的工作上，就是值班員其實并不需要同時看主路、備路、備二、墊片這4路信號，在出現故障的時候，值班員所關注的只是“下一個要切換的開關是哪一路”。因此，該系統的屏幕可以縮減為兩個，如圖2所示。

圖2 單頻道應急操作示意圖

在圖2中，原來監控輸入的主路、備路、備二、墊片、輸出，現在優化為：“輸出”仍然保留，而前4路改為1路“應急”。應急屏幕所顯示的內容按表1的邏輯進行自動切換，這意味著，用戶在看到故障發生的時候，只要看到“應急”是正常的，就可以將當前信號切換到應急所在那一路即可。按照這樣的邏輯，其實這里只要提供一個提示切換的按鈕即可。并且這個按鈕在不需要切換的時候，可以隱藏或者無效，以防值班員誤切。

而經過上述分析以后，系統則將問題由原來的“看輸出”、“輸入的四選一”、“切不切”3個步驟，簡化為“切與不切”一個步驟，最終實現“一鍵式”的操作。

3 程序設計和測試

要實現上述算法，需要對原有多畫面監看系統進行功能

擴充，為了保持原有兼容性，可以在系統中增加一個程序，該程序像多畫面監看程序一樣，接收四路板卡發送來的報警和節目碼流，所接碼流用于顯示圖2中的輸出和應急兩路視頻，報警則用于判斷四路輸入中，哪一路的信號有故障，同時，還要通過串口與四選一開關相連，一則是讀取其輸入是哪一路狀態，二則是必要的時候向其發送切換命令。該程序的架構如圖3所示。

圖3 實現一鍵式切換優化后的系統圖

結合具體的業務，上海電視臺采用的是每個值班員看4個或9個頻道，以4個頻道為例，該軟件的界面如圖4所示。

圖4 可視化一鍵式切換軟件主界面實物圖(截圖)

在圖4中，共有四個頻道，以2×2的布局展示，每個頻道布局相同，對于每個頻道所在的區域中，左邊主顯示區顯示的是四選一開關輸出的信號，右上角顯示的是經過算法選擇的非輸出、不報警、最優輸出的“應急畫面”。下面的按鈕中，“主路”、“備路”、“備二”和“墊片”四個提示框表示四路輸入的報警狀態，“智能應急”提示框表示當前的應急畫面。

以左上角“東方衛視”頻道為例，左邊表示“輸出”的信號為主路，此時備選的最優輸入應該是備路，假設發生了主路和備路同時出現故障，這時“主路”和“備路”的提示框會呈現紅色的報警狀態，系統根據上述算法得出智能應急的輸入應該是“備二”，并在“應急畫面”上顯示備二節目，在其畫面上顯示出“切”的字樣，由于系統采用觸摸屏的方式，因而此時值班人員，只需要用手單擊“切”字即可。切換后，“備二”輸入這一路的信號將在作為“輸出”的左邊大屏幕區顯示，同時根據算法，如果當前主路、備路仍然故障，備二已作為輸出，則切換操作后的“應急畫面”上將顯示墊片的節目。

經過測試和試運行，上述軟件將復雜的、需要由人工進行的判斷，轉由計算機進行判斷，給值班員留下的只有兩路信號之間切與不切的選擇。并且，從實際使用中，值班員不再需要目光不停地在多畫面和開關切換面板之間切來換去，減少了工作強度。

軟件經第三方專業測試，報警反應時間(從軟件報警產生到界面顯示出提示)三輪分別是470 ms、430 ms、400 ms；在強制切換時間(從軟件下發切換指令到實際切換成功)三輪分別是270 ms、130 ms、170 ms。由于優化后的程序，變成了“一鍵式切換”，省去了判斷是否要切、切換到哪一路等諸多人為的、受外界影響波動最大的因素，因而可以大大提高反應速度和準確度。

4 小結

可視化一鍵式切換的優化算法，是在分析傳統工作業務流程的基礎上，結合現有各流程中的一些的不足，綜合了值班員的業務工作[3]提出的一種改進方案。通過程序驗證了算法的正確性和可靠性。通過測試證明，算法是可行的，并在實際上減少了電視臺值班人員工作時的工作量，減少了出錯概率，提出了工作效果。相信通過對算法的研究，為電視信號監控“消滅漏報，減少誤報”作出貢獻。

[1] 董玫.河南電視臺高標清新聞網網絡管理和安全防護[J].電視技術，2013，37(12)：66-68.

[2] 惠新標，鄭志航.數字電視技術基礎[M].北京:電子工業出版社，2009.

[3] 崔建秋，崔宇良.江門電視臺新聞制播系統設計及實施[J].電視技術，2012，36(24)：67-70.

上海市廣播電視臺項目“播出智能監管與應急輔助系統”(130009)

TN919.83

B

10.16280/j.videoe.2015.20.018

2015-03-27

【本文獻信息】李瑞民.播出應急可視化一鍵式切換優化算法[J].電視技術,2015，39(20).

李瑞民(1973— )，工學博士，高級工程師，多年來一直專注于廣電領域內的計算機安全技術、網絡設備與信號監控等領域的研究與應用，出版專著6部，論文數十篇。

責任編輯：哈宏疆