地面數字電視監測技術分析

關子豪

（國家廣播電視總局二〇一臺，新疆 昌吉 831100）

0 引 言

廣播電視節目制作、傳輸及監測的發展與信息化技術的不斷更新迭代息息相關。2015年，國家財政投入40多億元人民幣，正式啟動全國中央廣播電視無線數字化覆蓋工程。2020年6月，國家廣播電視總局印發《關于按規劃關停地面模擬電視有關工作安排的通知》，決定自2020年6月15日開始，關停中央及各省、市、縣模擬電視信號。目前，我國在地面數字電視覆蓋網領域領先于世界大部分國家。相比而言，地面數字電視的傳輸容量是地面模擬電視的數十倍，它大幅拓展了電視行業的服務范圍，一舉扭轉電視傳播和影響力衰退的局面，可為人民群眾提供更高質量和更高效率的電視服務[1]。

根據地面數字電視的主要技術特點和相關技術標準及實施方案，本文提出較為完善的地面數字電視監測技術系統，開展地面數字電視的播出秩序和播出質量的監測監管工作，為我國廣播電視監測監管體系建設貢獻力量。

1 地面數字電視技術特點

監測方法與傳輸方式的技術特點關系緊密。相較于有線數字電視，地面數字電視利用無線傳輸方式，電視節目的信號質量得到大幅提升，具有信號覆蓋區域廣、信息容量大、操作模式多樣靈活以及頻率規劃效率高等優點[2]，運用PN序列填充的時域同步正交頻分復用（TDS-OFDM）多載波調制技術，結合信號在時域和頻域的傳輸，在頻域傳輸有效載荷，在時域通過擴頻技術傳輸控制信號實現同步和信道預測技術，在快速碼字的同時，也能保證穩定的同步跟蹤性能，這為地面數字電視信號質量監測提供了監測策略和依據。用戶在使用過程中實際接收到的電視節目與付費有線數字電視節目類似，但地面數字電視節目數量較少，且信號傳輸易受距離、當地電磁環境及人為因素影響。因此，在建設監測站點時應重點結合當地發射臺站信息、電磁環境及射頻參數等方面，實現對地面數字電視發射機運行狀態、信號質量及覆蓋效果的監測[3]。

2 監測技術與方法

建立監測系統中心平臺和位于各縣市的地面數字電視遙控監測站，通過HTTP和XML等網絡協議建立數據連接，組成地面數字電視監測系統。監測系統中心平臺部署于監測機構局域網內，完成監測任務管理、監測站的控制管理、對回傳數據的接收與分析、對所有操作日志記錄和傳輸內容的存儲、對系統的管理、對節目源的監測與特性采集、發射信息管理以及綜合展示等功能。監測站分布在各地市合適地點，通過數據專線方式聯網，接入監測系統中心平臺。監測站無人值守，接收并執行中心平臺下達的任務指令或實時監測指令，接收和解調地面數字電視信號，并進行指標測量、數據采集、處理、存儲以及報警回傳等操作，實施頻譜監測和數據處理。監測前端系統功能如圖1所示。

圖1 監測前端系統功能框圖

運用射頻監測系統、碼流監測系統以及音視頻監測系統，實現對整個地面數字電視播出環節的監測監管。射頻監測系統對業務監測范圍內的地面數字電視信道質量進行實時測量，定期或臨時對給定頻段范圍內的廣播電視頻譜進行掃描；依據ETSI TR101-290三級錯誤的標準，對TS源流進行碼流層面監測；音視頻監測系統主要完成對信號源畫面和音頻的質量研判和錄像存儲工作。

2.1 射頻監測系統

射頻監測系統利用定向天線對地面數字電視射頻信號進行接收，經天線共用器分配至地面數字電視監測主機進行解調，支持對多種地面數字電視工作方式的監測。解調后的地面數字電視信號以TS over IP方式封裝后傳輸，即TS（Transport Stream）包封裝為用戶數據報協議（User Datagram Protocol，UDP）報文后通過IP網絡分發[4]。系統主要功能包括射頻信號鎖定狀態、載波電平、載波帶寬、調制誤差比（Modulation Error Rate，MER）、誤碼率（Bit Error Ratio，BER）、載噪比多徑測量以及星座圖等參數的測量與查詢。系統可以使用信道歷史數據或者人工輸入參數作為參數模板，并設置閾值作為報警觸發條件。當新獲取的射頻監測參數偏差到允許范圍外并持續一定時間，系統將及時報警，并且能夠根據遠程指令執行射頻信號指標測量任務，將結果回傳至中心平臺。

此外，系統可利用監測站配備的頻譜監測儀和全向天線，定期或臨時對特定頻段范圍內的廣播電視頻譜進行掃描，展現該頻段頻譜占用情況，及時發現新增或減少載波。頻譜掃描結果通過專線利用XML協議回傳至中心平臺。射頻監測系統如圖2所示。

圖2 射頻監測系統框圖

2.2 碼流監測系統

與模擬開路廣播電視監測相比，地面數字電視監測工作除射頻信號與音視頻質量監測外，還需要增加實時碼流監測的內容。在對數字電視節目進行監測研判時，部分碼流層面的錯誤使得值班人員很難實現準確分析研判與識別。借助監測前端配備的碼流分析儀，碼流監測系統可以及時發現異常的節目碼流，并將報警信息與報警指標回傳至監測系統中心平臺。值班員通過報警級別及實時指標查找原因，排除隱患，保障安全播出。

碼流監測系統能夠實時顯示當前碼流的節目名稱、節目號、加密信息、提供商、業務類型、音視頻PID號以及碼率等信息；可將傳輸流中各類數據占比進行統計，計算傳輸速率、包長及網絡信息；計算PCR精度和間隔，并以動態圖形的方式顯示；將傳輸碼流中各路節目的電子節目以表格形式體現，包括節目數量、節目號、名稱、提供商概述、載波頻率、調制方式以及符號率等[5]。系統將實時監測的碼流與歷史模板數據進行分析比對，及時發現傳輸流中節目的數量和種類變化并進行報警；支持ETSI TR 101-290碼流三級錯誤報警，支持碼流信息模板報警，支持碼流對應PID變化報警等。碼流監測系統如圖3所示。

圖3 碼流監測系統框圖

2.3 音視頻監測系統

在整個地面數字電視監測環節中，音視頻監測是最為直觀、更符合監測機構值班人員對廣播電視信號監測習慣的監測手段。音視頻監測系統除了提供節目質量監測功能外，還能對節目質量異態進行報警，并提供錄像存儲備查以及多畫面顯示功能。

（1）音視頻播放。系統支持實時和錄制TS流回傳監看、實時和錄制轉碼節目監看。視頻節目采用H.264格式轉碼，音頻節目采用AAC格式轉碼，TS格式封裝，可采用HTTP/RTSP或RTMP等通用流媒體協議回傳。系統可顯示播放節目的EPG信息和信道、碼流的簡要參數。

（2）音視頻質量異態報警。系統利用監測主機的硬件板卡對音視頻靜幀、無伴音、黑場、馬賽克及彩條等現象進行檢測并報警，且支持圖像色差和亮度報警。系統可根據重大情況歸類監測，報警策略可自由配置。

（3）多畫面集中顯示。每個監測站配備多畫面服務器，支持畫面組織靈活的數字節目多畫面監看模式，且具有高清顯示能力。

3 監測站技術要求

監測點的設置是否合理，會直接影響地面數字電視監測工作的質量和效率。監測人員在進行監測前端選址時，應結合當地信號覆蓋情況，保證信號接收質量高、穩定性強。對多重覆蓋監測點進行重點監測，在不同地區制定針對性的監測措施，構建完善的信號接收系統。

基于地面數字電視監測站的主要任務及功能，監測站選址應在發射臺覆蓋區域內，且盡量保證周圍地形開闊，電磁環境良好，利用性能良好的接收天線、接收機及頻譜監測儀，保證能夠持續穩定地接收地面數字電視信號；監測站系統應支持監測任務本地獨立運行，自動接收中心平臺下發的各類指令并執行，且組網靈活；監測站系統應能夠在無人值守的環境下24 h不間斷執行監測任務，支持遠程控制。為了保證監測工作及時準確，監測站通信系統要求性能良好，網絡鏈路要求較高，電力系統應配備UPS在線式不間斷電源和電源管理器，保證監測工作在電力故障的情況下不受影響。

4 結 語

中央節目無線數字化覆蓋工程已在全國各省市開展，此項工程投資大、覆蓋廣。如何對其進行準確高效的監測監管，保證國家投資效益，保障安全播出，是廣播電視監管人的職責所在。構建形成安全、穩定且高效的地面數字電視監測系統，能夠切實維護地面數字電視播出秩序，保障電視信號質量，保障廣播電視無線數字化覆蓋水平，有效提升廣播電視公共服務行業工作質量。