基于TS over IP技術的電視監測系統研究

劉天宇

（中央廣播電視塔，北京 100142）

0 引 言

數字電視廣播已在國內全面鋪開和使用，各發射臺站的播出能力不斷增強，安全播出壓力也在不斷增加。如何有效地對信號傳輸質量和播出質量進行監測，各一線機房投入了大量的研究力量。隨著網絡信息技術的發展和IP傳輸協議的完善，電視監測系統逐漸向IP結構化過渡[1]，基于TS over IP信號碼流的監測方式和節目多畫面監測功能，在播出一線實踐工作中發揮了應有的作用。本文結合機房目前安全播出實際工作，對基于TS over IP技術的電視監測系統的設計原則、功能架構及保障能力進行研究探討。

1 系統設計原則

隨著數字電視對模擬電視的取代以及5G網絡技術的逐漸普及，廣播電視行業的更新換代速度也在不斷加快[2]，這就需要監測系統既要立足當下需求，遵循標準、安全可靠、保障安全播出等原則，又要滿足可升級、可拓展的特性。因此，監測系統在系統設計與構建過程中，遵循以下原則和規范。

（1）標準規范化原則。整套監測系統方案及相關設備、軟件設計需完全滿足國內相關標準；無國內相關標準的，需參照相應的國際標準。所有設備需遵循國家規范，能夠有效地杜絕、限制黑客非法入侵，確保系統安全。

（2）穩定實用性原則。系統硬件設備采用標準結構、模塊化設計，通過科學合理的設備選型和網絡搭建，最大可能地降低系統運行的長期成本；通過細化功能和單個設備結構簡化，在某個模塊出現問題的時候，可以方便地進行更換和維修，以保證系統長期穩定運行，進而保證整個平臺的穩定和安全。

（3）集成化管理原則。系統部署健全的網絡管理接口，具備能對所有附屬設備進行全面實時監控的集成化管理平臺[3]。軟件系統可對實時監聽監看、錄像數據查詢、報警數據查詢、監測業務配置等功能進行配置和管理。同時，系統可根據不同時期和需要進行升級，升級過程中業務不間斷，原設備能正常使用。

（4）可拓展原則。監測系統需具備充分的拓展性，為節目、頻道更換及新業務的開展做好充分準備。拓展設備不僅包括前端系統硬件，還應包括符合相關標準的新的業務設備。監測系統組網方案采用開放式設計[4]，保證系統與外部設備、系統有良好的集成性能，對符合前端平臺標準的第三方設備可實現兼容。

2 系統主體架構

地面數字電視播出監測系統是將多畫面顯示監測報警系統、主畫面展示系統、鏈路監測展示系統、語音報警服務系統、故障輪巡告警系統等具備不同功能的子系統整合在統一的SOP安全運維平臺上，通過瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）模式操作，值班員在使用和管理中更加方便有效。瀏覽器訪問模式簡化了操作，極大地提升了工作效率。系統功能結構如圖1所示。

圖1 監測系統功能框圖

本監測系統平臺的硬件主要包括嵌入式監測板卡、編解碼器及監測主機等，集智能網、數據通信、監測及平臺管理等技術于一體，利用多種監測控制手段，準確及時地發現各種故障，提高管理效率，保障通信網絡暢通和系統安全運行，系統架構如圖2所示。系統內各子系統及相關硬件均采用模塊化設計，同時具備良好的拓展性，當系統增加功能、節目或有其他變動時，可靈活配置和添加組件。

圖2 系統架構圖

3 子系統簡介

3.1 多畫面顯示監測報警系統

基于TS over IP技術的多畫面監測報警系統，具有多畫面組合顯示、節目傳輸信道碼流監測、加密節目解密解擾、各節點節目轉碼錄像以及網絡平臺綜合監管等功能，對地面數字電視視頻、音頻進行內容監測，具有廣泛的應用性。

3.2 SOP安全運維平臺

SOP系統具備強大的綜合管理能力，提供了對數字電視節目播出和傳輸網絡各環節的碼流、信道、視音頻故障監測管理平臺，同時還具備軟硬件及監測數據記錄和集中配置監管等功能。

3.3 主畫面展示系統

主要應用于控制室中央大屏節目監聽監看，實現重點節目、重點時段的集中注意。主畫面展示系統與多畫面顯示監測報警系統在軟件內聯動，通過自定義配置一級界面和二級界面，可以從客戶端調度任意一個節目到中央大屏上顯示，并通過中央音箱監聽。

3.4 鏈路監測展示系統

鏈路監測展示系統針對各頻道信號采樣監測點在一個鏈路畫面中進行展示，可以精準定位對應信號、頻道報警，同時支持SOP系統調度、多環節信號監測、多個視音頻實時播放等功能。鏈路監測展示能讓值班人員更直觀地觀察了解各頻道節目鏈路和機房網絡的全景鏈路，故障報警發生時，也可以第一時間找到故障節點并進行應急操作。

3.5 語音報警服務系統

語音報警服務系統的主要功能是收集前端各子系統監測反饋的各種故障信息并進行語音報警，可以自行根據各頻道的不同情況設計播報邏輯，還可設置循環模式和屏蔽模式。

3.6 故障輪巡告警系統

故障輪巡告警系統實時接收語音報警服務系統同步過來的節目報警、報警恢復信息以及配置命令，也支持直接從各數字前端獲取節目信息和節目報警信息，根據設置的報警等級，在控制室中央故障輪巡大屏展示報警，確保值機員第一時間發現異常狀態。

3.7 監測畫面管理平臺

監測畫面管理平臺主要用于對控制室大屏進行布局，可以根據節目和頻道實現任意畫面組合。監測畫面管理平臺與多畫面顯示監測報警系統相互配合，可以實現通過一臺主機對監測大屏的各顯示屏幕進行布局，并且可以提前部署多種布局方案，實現在不同場景下一鍵改變畫面布局。

4 監測內容

4.1 視音頻質量監測

監測系統對所有頻道的采樣點信號進行質量監測，實現異態報警。在視頻層面，支持的報警有黑場、馬賽克、視頻丟失、靜幀故障等視頻故障監測；在音頻層面，支持的報警包括音頻丟失、靜音故障、左右聲道監測以及5.1聲道監測等音頻故障監測。本監測系統還具有實時信道指標監測和記錄查詢功能，此外，當信號源編碼格式改變時，支持通過增加板卡或軟件升級，滿足視音頻質量監測的要求。

4.2 播出鏈路監測

根據不同頻道的鏈路信號，在每個頻道不同環節設置采樣點，根據鏈路監測示意圖，部署了eLink鏈路監測系統，可以同時展現相應環節上的視頻圖像及音頻柱狀顯示條，實現對信號傳輸鏈路的全景監測。

4.3 監測報警功能

監測系統支持多種報警方式，部署了故障輪巡報警系統，能夠自動將有故障的節目畫面彈出到中央大屏，如果多個節目同時出現故障，則自動組合畫面到大屏上；部署了語音報警服務器，使用電子合成語音報警出現故障的節目名稱、節目信源及報警類型；具備紅色OSD圖表報警功能，出現故障的節目畫面上、故障輪巡報警系統彈出畫面上均會顯示紅色的OSD報警信息，報警信息的位置和字體大小支持自定義調整，還具備自動屏蔽和手動屏蔽報警功能，支持報警屏蔽，對于特殊節目或特殊情況，可實現針對不重要的報警進行忽略。

4.4 監測錄像存儲查詢

監測系統支持對所有節點的監測節目的原始碼流錄像和轉碼錄像功能，可自定義調節錄制文件時長和存放位置，可設置轉碼錄像分辨率和碼率；對所有監測點節目可進行24小時自動轉碼錄像，錄像存儲容量滿足至少30天的任務保存。錄像存放路徑采用預分配方式，可實現超出時間段的舊錄像被新錄像自動覆蓋。所有錄像支持監管平臺統一查詢觀看，并支持以常用文件格式下載到本地。

5 系統組成

本監測系統利用計算機網絡技術、自動控制技術、數據庫技術及通信技術，構成一體化綜合計算機網絡。系統采用嵌入式監測板卡作為采集設備，基于TS over IP技術，完成對數字地面頻道、DVB-T頻道、CMMB頻道以及DAB頻道的采集、編碼、復用、解擾及調節等環節，同時完成對采集信號的通信和傳輸功能，實現對碼流、畫面、聲音等方面的監測和報警功能。

監測系統通過部署多通道ASI碼流監測打包卡、多通道高標清SDI視音頻編碼卡、多通道E1/ETI信號監測卡、廣播電視信號射頻測量卡、多通道DTMB國標地面數字電視監測卡、多通道AVS+高清監測卡、多通道DVB-T信號監測卡、多通道CMMB解擾監測卡、多通道DAB信號監測卡以及雙通道高標清編碼器（用于VGA信號輸出的編碼以及網絡打包輸出IP）等各類型監測板卡，用于ASI、SDI、E1/ETI、DTMB、CMMB、DVB-T、DAB等不同類型信號的接入、監測及TS over IP輸出功能，通過網口輸出的IP組播流，接入到監測、分析、錄像、報警即集中監管等各子系統[5]，實現對視音頻節目的多畫面組合顯示、視音頻異態實時監測、ASI碼流實時監測、開路數字電視射頻信號碼流與信道監測、數字音頻廣播射頻信號監測、故障節目集中組合顯示以及廣播電視節目鏈路展示，實現碼流與信道監測的集中配置、管理和任意調度以及網管界面的統一組合顯示等功能[6]。系統拓撲如圖3所示。

圖3 系統拓撲圖

根據節目播出需要，監測大屏配備16個多畫面顯示監測報警系統和22塊刀片服務器，接收各種類型監測板卡輸出的IP組播流，實現對主備信源、適配器輸出、分配器輸出、切換器輸出、解碼器輸出、閉路饋管采樣以及空收信號采樣等多個環節的廣播電視節目的視音頻異態監測。配備26臺IP解碼云終端，接收服務器各系統輸出的IP信號，進行解碼，提供DVI輸出用于上屏顯示。輸出節目IP信號通過大屏幕云終端網絡給IP解碼云終端完成節目上屏顯示。監測大屏規劃如圖4所示。

圖4 監測大屏規劃圖

6 結 語

完善的監測系統能夠起到充分利用人力資源、提高勞動生產率的作用，加強了維護支持手段，提高了安全播出維護水平，對保障播發射設備的穩定運行和優質零秒安全播出成績有著積極促進作用。本系統具備信號覆蓋全面、監測平臺先進、管理內容豐富、告警形式多樣、擴展功能強大等特點，將節目多畫面監測數據和數字電視IP碼流分析數據相結合，實現了對基于IP傳輸的數字電視信號的全面深度分析監測，通過對監測數據的分析，更準確、快速地實現信號異態信息判障、信息記錄等。本系統以先進的防范理論，結合多畫面監測系統、安全運維監測平臺、畫面輪巡顯示報警系統、語音報警系統等功能，可第一時間發現機房播出異狀，將破壞力降到最低，為現場監測提供最安全的保證，避免播出機房發生嚴重的播出事故，免受不必要的經濟損失。