北京廣播電視臺安全播出技術監控系統的升級改造

張德軍，董桂平

（北京廣播電視臺，北京 100022）

0 引言

為了縮短播出事故的處理時間，降低播出事故造成的影響，北京廣播電視臺以臺內監錄科和國家廣播電視總局檢測臺監測方式為基礎，開發出一套人防、技防相結合的技術監控平臺。

1 安全播出的重要性

根據國家廣播電視總局的要求，廣播電視安全播出要做到不間斷、高質量、既經濟、又安全。長期以來，安全播出重于泰山，是廣電事業的生命線。確保廣播電視安全播出，是全國廣電系統的一項長期的根本任務[1]。

2 播出系統安全播出技術防范措施

對于任何一套系統，故障都是難以避免的，而且故障具有突發性和偶然性。為確保安全播出工作，擁有一套相對穩定的系統和完善的技術方案尤為重要。

在日常工作中，安播事故的處理原則是，工作人員一旦發現故障，應馬上采取相應措施，按照預案處理要求，選擇最佳方案，防止出現連鎖事故。如何快速判斷故障和處理故障，需要工作人員具有豐富的值班經驗，對于各類故障和問題有預判能力，頭腦中要有各種故障的原因和相應的最佳解決方案。但是在實際的工作中，值班員很難達到國家廣播電視總局對播出安全故障處理的要求，處理事故時間較長。因此，北京廣播電視臺播出中心于2015年提出了人防和技術防范雙重措施的想法[2]。

3 安全播出技術監控系統

3.1 技術監控初步探索

2015年前后，北京廣播電視臺播出中心受到國家廣播電視總局檢測臺和臺內檢測科的監控平臺啟發，挑選部門內骨干人員經過長期的參觀調研，提出了符合北京廣播電視臺播出中心的技術監控方案。

本次監控系統建設采用“格非”監控系統。此系統初步實現了統一監控平臺架構，可以將監測信息進行匯總并進行統一分析、聲光報警、查詢、故障信息收錄及展現。根據對信號監控需求的理解，報警方式在不同崗位、不同機房、不同位置采用語音、蜂鳴器、報警燈、文字顯示等各種方式，組合不同的報警提示方法，適配現場對管理的復雜 需求[3]。

系統歷時半年搭建完成，基本完成了當時對播出信號的監控，經過技審的參數設置對于大部分播出信號視頻黑場、靜幀、視頻丟失、彩場、彩條、臺標丟失等故障都能夠進行實時報警。但在實際應用中，由于系統的參數設置太過機械，使得誤報率很高。高頻率的誤報使得值班員產生了“狼來了”心理，系統在實際應用中的報警作用效果逐漸大打折扣。

3.2 北京廣播電視臺高標清頻道項目技術監控系統

隨著時間的推移，2019年，由于北京廣播電視臺播出系統老化，播出系統改造已迫在眉睫。隨著電視技術的不斷發展，結合北京廣播電視臺采用高標清同播系統設計方案的現狀，為了保證播出安全，北京廣播電視臺播出中心改造工程中的技術監控系統進行了全方位的升級改造。

3.2.1 技術監控系統主要功能特點

北京廣播電視臺高標清頻道項目監控系統結合最新技術，針對電視臺內安全播出的需要立項開發。從播出系統安全、穩定、可靠方向出發，系統提供統一、準確且具備擴展能力的監控平臺。監控平臺負責實現對系統內相關設備、信號、業務流程等多個維度的監控工作。技術監控系統采用統一監控平臺架構，將監測信息進行匯總并進行統一分析、處理、查詢、管理、報警、監測信息調度及展現，可對整個播控系統進行信息采集、匯聚分析，最終完成信息展現。技術監控平臺功能非常全面且強大[4]。

信號技術監控主要包括信號采集、技審、一致性比對、切換、信號回顯這五個主要功能。系統對采集的信號進行技審，技審結果通過聲光報警系統告知值班員。一致性比對將對主、備、二備共三路信號進行循環比對，將比對結果進行仲裁并通過RS-422接口發送給切換面板，經GPIO控制四選一進行自動切換（程控鍵開啟）。系統功能、流程如圖1所示。

圖1 信號監控系統導圖

3.2.2 播出報警模塊

信號監控系統具備完善的淺壓縮流實時呈現界面，可以通過桌面壓縮推送流媒體格式到B/S端，將末級主路、備路、第三信號源、墊片、主路PGM、備路PGM信號進行整體呈現并提供SDI故障報警、一致性比對信息。SDI視頻信號監測包括視頻黑場、靜幀、視頻丟失、彩場、彩條、臺標丟失以及測試圖等特定場景；視頻監測項可以精確到幀，可以自定義畫面監測區、靜幀、黑場、彩條等檢測參數，界面如圖2所示。

圖2 播出報警模塊－報警界面

信號監測結果通過圖形界面方式進行展示，圖形依據實際視音頻鏈路情況形成鏈路監測圖、監測頁面獨立頻道鏈路監測圖（帶所采集節點的實時頻道畫面），供技術人員監看，同時也支持單頁面所有頻道監測展示，用于技術人員對所有播出頻道信號情況的統一管控[5]。

3.2.3 一致性比對技術

播出視音頻鏈路上采集的各個頻道4×1切換開關前級高標清主路、備路、第三信號源需要與高標清主路、備路末級信號進行視音頻一致性比對和信號監測。一致性比對技術是這次改造的最大亮點之一。一致性比對結果可以指導技術人員進行應急切換，支持按照報警及切換策略進行報警發布和自動切換。

系統可以根據視音頻一致性比對結果進行信號異常判斷，并能自動觸發四選一切換面板控制四選一（主、備、第三信號源、墊片）切換開關準確切換至正常鏈路信號，該過程通過聲音、光閃爍、蜂鳴及文字提示等報警形式對值班人員進行提示，同時允許手動接管該過程進行應急處理；報警與切換面板按鍵的顏色閃爍、蜂鳴器報警等動作聯動，可以直觀地指導手動接管過程。

系統可以靈活指定報警與自動切換邏輯，切換關系可以指定優先級，能適配不同的報警、切換模式。優先級為主＞備＞第三信號源，當主路出現信號黑場且備、第三信號源正常時，比對提前發現故障并報警，當達到監測黑場閾值（比如3 s）時，放大報警提示并執行切換到備路；若此時第三信號源處于與備路不一致的狀態，也可以根據策略配置為允許自動切換到備路或者只是報警提示，通過這種方式來適配實際的不同應用場景，如圖3所示。

圖3 一致性比對系統呈現

在實際應用中，工作人員可以根據需求進行自定義比對區域的設定，支持多個區域或異形區域；可進行門限閾值及報警、自動切換判斷邏輯的自定義配置，并且可以對每一路信號源信號監測指標閥值獨立配置。一致性比對系統提供自動延遲適配能力，支持高精度比對組的自動延遲、緩沖處理，容許比對信號間出現一定的延遲抖動，避免誤報，延遲閾值可自主設置。系統提供報警加速機制，在出現一致性比對信號不一致的情況下自動提高信號監測靈敏度。系統采用服務器+IO卡的模式，通過將信號采集到設備內存，在YUV數據層面進行信號的檢測、比對。面板作為控制信號的中繼，自動控制和報警信號通過一致性比對服務器采用RS-422協議進行發送，面板接收后通過GPI觸 發4×1切換器。

3.2.4 切換控制

項目選用穩定可靠的4×1一致性比對面板進行手動/自動切換控制。系統根據視音頻一致性比對結果和信號監測結果進行切換判斷，自動觸發4×1一致性比對面板控制4×1切換設備，準確切換至正常信號。后臺系統出現問題后，切換設備依然可以正常手動控制4×1切換設備進行切換。切換面板根據項目需求進行定制設計制作，設計如圖4所示。

圖4 切換面板前面板設計圖

面板上按鍵的顏色有黃色、綠色、紅色，有常亮及閃爍效果以及程控、面板鎖定按鍵。切換面板上有聲音、光閃爍、蜂鳴報警形式，可以對值班人員進行提示，根據設定的規則進行燈光、聲音報警展現。當監測信號出現異常，面板蜂鳴器高頻率響起，異常信號對應按鍵紅閃提示，完善的切換邏輯指示應該切換的正常信號，對應按鍵綠閃提示；如果存在視音頻不一致情況，面板蜂鳴器低頻率響起，異常信號對應按鍵黃閃提示，提示值班人員進行處理。系統允許手動接管該過程，由值班人員進行手動切換。

此次升級改造后，技術監控系統可以實現對信號視音頻故障的及時發現、信號切換的延時監控報警，可以快速準確定位故障問題點，對高標清頻道進行全天候監控。系統可以對播出系統的播出信號進行技審，對各路信號進行比對，滿足播出安全的需求。系統可以在4選1切換面板的幫助下，實現自動對3路播出信號的實時監測并進行自動切換，執行效率滿足實時處理和應急需要，能夠保證播出安全。

4 結語

安全播出是廣播電視工作的主題，是一個復雜的系統工程。隨著播出系統的再次升級改造，4K、8K對帶寬等硬件需求的不斷提高，IP流、allinone網絡化播出系統肯定是未來播出系統發展趨勢。發展意味著挑戰，新的播出方式必然帶來新的播出安全的挑戰。近年來，隨著5G技術與人工智能技術的不斷發展，未來的技術監控系統可以考慮引入人工智能的算法技術，根據實際需求而不是簡單的參數設置來進行監控報警處理，根據實際應用場景，由AI機器進行不斷的學習，來提供智能化的服務。這樣不僅能降低機械系統帶來的誤報率，更能讓系統自主學習、自主判斷，減少人為事故的發生，更及時、準確地處理播出事故，保證安全播出。