云計算在電視臺廣播數字電視監測系統的應用

任智榮

（玉溪市廣播電視安全播出監測中心，云南 玉溪 653100）

0 引言

隨著數字技術的發展，廣播電視在取得越來越好的發展成果的同時，其監測系統普遍存在嚴重的丟包現象和安全漏洞問題，并且數據處理速率低，嚴重影響監測系統運行[1-3]。為了提高系統監測廣播電視播出狀態的效率，提升電視播出內容的質量，本文利用云計算技術設計了一種新的廣播電視監測系統。

1 廣播電視監測系統硬件設計

1.1 系統整體架構設計

本文基于B/S 模型將系統架構設計為3 層[4-5]，分別是信號接入層、匯聚層以及應用層。信號接入層負責將各監測節點采集的音視頻信號接入本文系統，并轉換成H.264 標準和mp3 格式的數據。利用信號轉換板卡將各監測節點的各路節目信號轉換為IP 信號，以組播方式接入交換機，實現信號輸出[6-7]。匯聚層負責整合接入層的信號。設置3 臺交換機，并且設計存儲模塊和報警模塊，具備查詢、存儲和報警功能，可以根據不同的輸出地址規劃網段，同時檢測節點是否故障，避免因節點故障而影響數據傳輸效率。應用層負責識別音視頻內容，發送判斷指令。信號定位器接收指令后，記錄監測板卡的信號參數，在本地存儲[8]，并將信號參數傳輸至顯示終端。顯示終端獲取信號后，對比廣播電視播出狀態，判斷是否出現異常[9]。

1.2 數字電視發射機選型

數字電視發射機的作用是將輸入的數字信號進行調制、放大以及進行功率的分配和合成等處理，因此，其選型非常重要。本文選用HTUD/HTVD-500W地面數字發射機，由數字電視發射機、同軸切換開關和天線組成。信號經過發射機后，通過同軸開關進行天線的匹配，由天線實現傳輸。采用前向糾錯等方式對信號數據碼流進行編碼，進而形成基礎數據塊。將數據轉換成幀數據，通過幀數據與幀頭的組合輸出信號，同時利用變頻處理將輸出信號轉換為變頻信號，通過天線發送信號。

2 廣播電視監測系統軟件設計

2.1 音視頻播出信號監測

監測系統實時監測各路信號，將信號進行壓縮編碼，轉換為IP 信號后通過網線傳送至音頻服務器，實現信號存儲[10]。監聽模塊可以循環播放廣播內容，在播放廣播的過程中監聽視頻信號和音頻信號，若視頻和音頻信號缺失數據，并且缺失時間持續較長，則判定該信號出現異常情況，此時系統發出報警。在電視節目的監測中，按照H.264 的標準和mp3 格式編碼視頻信號和音頻信號并轉換為IP信號，將轉換后的信號傳送到媒體多畫面處理器進行存儲和顯示。

2.2 云計算技術調度監測資源

通過云計算技術傳輸和調度多源監測數據，為了加強保密性，通過系統云端存儲監測數據[11]。完成數據存儲后，同步化管理多源數據。但是由于廣播電視監測系統在傳輸與調度數據的過程存在丟包現象，因此需要對監測數據進行歸一化處理。此外，數據在傳輸過程中容易受到各種干擾，為進一步提高系統監測效果，采用尺度間小波系數降噪處理數據。

在數據調度前，初始化變量，按照質量排列需要傳輸的數據子流，傳輸子流質量最好的數據。通過曲線與表格顯示監測結果的分析情況[12]，同時利用分析模塊統計信息。

2.3 廣播電視多畫面組合顯示

選擇智能化控制的高清晰度顯示終端，實現多畫面的分割顯示和調度。將彩色音頻和PPM 表進行移動和疊加，隨機選取1～15 路信號，設置不同尺寸的畫面，實現顯示。濾波處理PCM 值后，將處理結果轉換為分貝形式，通過監測分貝，當其超過設定值時觸發報警。

3 實驗論證分析

為驗證本文設計系統的可行性，搭建測試環境進行實驗。根據監控中心的實際情況，設計兩種監測系統平臺的機器配置。一種機器配置為i3處理器、2 GB 內存DDR3，操作系統為Windows 10；另一種機器配置為CPUT8100 處理器、2 GB 內存，操作系統為Windows7 專業版。每種機器配置均設計兩套，每套配置一位測試人員。完成機器配置后，準備前端設備。前端設備主機采用DellR310 服務器，采集設備為1 臺CPCI 機器，包括12 塊轉碼卡、12 塊解調卡以及1 塊實時視頻轉碼卡。利用Windows 平臺的軟件工具測試性能，設定本文系統用戶訪問的數量為500 個，監測數據量為5 GB，性能測試結果如表1 所示，系統監測數據處理速率如表2 所示。

表1 系統性能測試結果

表2 系統監測數據處理速率

由表1 和表2 可知，系統監測數據響應時間隨著數據量的增加而變大，但是在數據量達到5GB時，系統響應時間均在3 s 以內，并且系統監測數據響應時間最高值僅為2.01 s，其響應時間滿足實際應用的要求。同時本文系統在不同負載環境下均保持穩定運行，滿足系統設計的要求。統計本文測試的代碼質量和測試用例質量，結果如表3 所示。其中百行代碼bug 率=（bug 數/代碼行數）×100%，測試用例需求覆蓋率=被驗證到的需求數量/總要求數量。

表3 系統測試質量統計

由表3 可知，用例共282 個，但是其中3 個用例在實驗中未被測試到，分別為錄像用例、參數用例以及異常報警用例，測試用例覆蓋率約為98.9%，覆蓋率較高，具備參考價值。根據測試結果，系統內各模塊的bug 率均低于3%，其中異常報警系統模塊的百行代碼bug 率最高，該值僅為2.1%，頻道掃描系統模塊的百行代碼bug 率最低，該值達到了0.0%，百行代碼bug 率最高值滿足電視臺廣播數字電視監測系統的應用需求，實際效果較好，具有一定的可行性。

系統的CPU 占比可以有效反映系統的應用性能，CPU 占比越低，表明系統的運行效果越好，并且影響其他程序運行的程度越低。實驗時長為48 h，通過計算機自帶軟件統計CPU 占比，分析應用監測系統前后的性能變化，具體實驗結果如表4 所示。

表4 CPU 占比結果

根據表4，應用本文系統后的監測系統平均CPU 占比僅為21.0%，并且應用該監測系統后，CPU 占比值相對穩定，在運行時未出現較大波動，其比應用前的32.6%CPU 占比降低了11.1%，有效降低了CPU 占比，應用價值更高。之所以出現這種情況，是因為本文監測系統應用了云計算技術同步管理多源數據，并且采用尺度間小波系數來處理數據，從而達到提高監測系統運行效果的目的。

4 結語

本文通過系統整體架構設計、數字電視發射機選型，結合音視頻播出信號監測、云計算技術調度監測資源以及廣播電視多畫面組合顯示，實現了廣播電視的監測。該系統的響應時間和bug 率低，具備一定的可行性。受時間和其他條件的限制，本文未涉及對系統智能化和系統數據通信協議方面的研究，未來將進一步改進。