視音頻內容比對及異態監測的智能播出信號監測系統分析

陳思平 司佳 袁洲 楊藝西

(國家電網公司信息通信分公司 北京 100053)

以往在對播出信號進行監測過程中，容易出現虛報與漏報等方面的問題，會對監測結果產生不良干擾，導致各種問題無法得到及時處理，進而影響播出畫面的視音頻內容。鑒于此，技術人員開始針對傳統監控系統存在的缺陷，運用智能化手段實施智能化監測模式，希望通過構建智能化監測系統的方式，更好地完成視音頻內容的對比，及時發現異常問題，以便保證最終節目播出質量[1-2]。

1 傳統監控系統存在的問題

傳統播出監控系統在進行監控過程中，會運用具備異態監測功能畫面分割器或者專業監測卡板，完成相關內容采集。此種監測模式在實際運用過程中，存在漏報與虛報等門線設置矛盾問題。如果將視頻靜幀檢測門限設置為3 s，會因為節目內容自身場景存在畫面不動情景，導致系統出現大量誤報問題。一段時間后，不僅會導致值班人員對于警報有效性有所懷疑，同時還會在真正事故發生時無法做出快速反應。當將檢測門限設置為8 s 時，如果在8 s 之內存在真正靜幀故障，并不會出現報警問題，在報警后也會等8 s 完成后再進行處理，會對故障排除及時性造成不良干擾。

除上述問題之外，傳統監測系統應用還存在以下幾方面問題。（1）孤立節點監測問題。在進行單點異態監測過程中，會以連續時間域為基礎，進行關聯性統計，存在故障確認或判斷時間較長的問題。（2）虛假報警過多與誤報率矛盾平衡點問題。在進行異態監測過程中不僅會設置告警門限，同時還會適當延長告警時間，以防出現虛假報警問題，但此種處理模式會直接延長報警時間，導致各種故障問題無法得到及時處理，會直接增加故障發生時長。（3）故障種類檢測相對較為單一，多以靜音、黑場以及靜幀等檢測為主，并沒有設置可參考對象，需要通過增加參考對象的方式進行對比監測，確保能夠快速完成定位。（4）高標清同播內容對比相對較為缺乏。存在現有內容對比無法滿足高標清同播需求的情況，在內容對比監測方面存在一定問題，無法將系統監測作用充分發揮出來，會對節目播出產生不良干擾。鑒于傳統監測系統存在的各項問題，需要通過對系統進行改進和優化的方式保證，最終監測效果，在此背景下視音頻內容比對及異態監測的智能播出信號監測系統開始成為業界研究重點內容。

2 基于視音頻比對監測模型

為保證播出安全性，在進行直播信號、視頻服務器信號設置過程中，都會使用獨立兩個主備信號源，以便保證節目能夠順利播出。在設置主備信號源過程中，還會在播出系統中設置單獨視音頻鏈路，完成各環節處理，會設置輸出主備高清末級與主備標清末級4 種信號。根據播出系統運行實際要求，在進行系統設置時，需要保證源主備信號的相同程度與末級儲備信號的相同程度，保證源和末級間內容一致性。需要按照一致性原則，及時發現播出系統故障，對存在的不一致情況進行深度分析，以便完成對故障的清理。主備信號同時出現故障的可能性相對較小。但如果出現同時故障問題，可以采用傳統檢測方法完成檢測，此時需要將檢測門限設置為較大數值，以防出現重大事故，保證播出順利進行。運用對比檢測方法，能夠通過和傳統異態故障檢測相結合的方式，有效避免誤報與漏報問題，確保故障警報準確率能夠得到切實提高，可以達到有效提升報警檢測速度與報警種類范圍的目標。如果假設信號源為硬盤服務器HDD信號，則可以將末級設置為標清主備兩路信號，共4 個信號節點，而這4 個信號節點基本情況如表1所示。

表1 信號節點基本情況

將異態檢測和對比檢測方式結合在一起，能夠在對黑場以及靜音等各項常規故障進行有效檢測的同時，對儲備內容不一致與失同步等多種故障問題進行檢測。可以對全臺質量檢測報告以及播出節目單等信息展開綜合化處理，及時發現播出系統存在問題，并針對問題提出有效解決策略，保證各種故障能夠在短時間內被排除。如果故障滿足切換條件，在運用監控系統時，可以通過對SNMP 的使用，完成對HARRIS 二選一主備倒換的觸發，以便實現對故障的自動化處理，保證可以在短時間內完成故障應急處置[3-4]。

3 視音頻內容比對與異態監測的智能播出信號監測系統

3.1 監測系統基本情況

系統應用主要以異態監測技術與視音頻對比技術等技術應用為主，會對視音頻內容與異常信號進行分析，通過進行數據收集的方式，完成對比和異常監測等一系列操作。系統異態檢測能力相對較強且種類較多，能夠對不一致時的各種故障進行定位，會運用一致性檢測，對信號節點異常狀況進行充分分析，確定具體變量并完成真值表的組成。需要通過對信號節點是否處于異常狀態進行分析的方式，做好一致性對比關系分析研究，如果所有變量均處于正常狀態，可以判定播出系統處于正常運行狀態。如果發現存在異常狀況，則需要通過對真值表進行檢查的方式，確定相應處理方案。

3.2 異態檢測技術

通過上文描述可以發現，傳統異態檢測工作會從實際播出角度入手，對字幕與時鐘等各項內容進行分析，確定區域中的靜幀故障干擾具體情況，確保畫面主要內容各種靜幀故障能夠得到妥善處理。但如果在實際操作過程中，存在因為字幕滾動或者包裝區手語等方面問題影響，造成畫面無法達到完全靜幀問題時，很有可能會出現誤報問題，進而導致故障增加。同時，因為考慮音頻設備可能會出現故障，所以需要對傳統異態檢查系統應用進行全面分析，通過對故障產生原因與產生情況的具體剖析，制訂出較為科學合理的異態檢測方案，以便通過和其他有效檢測手段相結合的方式，更好地完成智能化監控與檢測工作。

具體檢測過程中，需要重點對以下幾部分內容進行檢測。

（1）黑場檢測。在進行檢測過程中，會對源信號進行掃描，確定所有點并判斷是否和黑廠設定閾值相符，在播出節目當中進行播出節目的信息獲取，按照不同節目確定對應模板，對末級信號使用模板對應臺標和時鐘等內容進行檢查。（2）靜幀。對畫面YUV 值進行判斷，確定其和前一幀畫面的偏值具體情況，對函數各項數點進行判斷，通過逐一進行對比的方式，按照對比結果進行加權，獲得相應數值，加權系數一般以畫面正中央權重最大。（3）彩條。對畫面是否具有彩條豎條紋特征進行檢查，對各種顏色的YUV數值部情況進行分析，確定是否符合標準彩條分布要求，對末級信號進行檢查，排除字幕與臺標等各項影響，做好各種顏色像素點數量分布統計分析，保證相差數量能夠控制在10%以下。（4）靜音檢測。對立體聲節目左右聲道進行靜音檢測，做好左右聲道以及單獨靜音檢測分析，對環繞聲節目靜音情況進行全面分析，確保不會出現前左、前右以及中置聲道同時靜音的狀況。

3.3 視音頻對比技術

在對視音頻內容進行對比分析過程中，需要對視音頻信號中的內容層展開比較，因為數量相對較大，無法對每一數位比特實施簡單比較，所以需要確定比較重點。因為會額外增加各種元素，所以在進行處理時，單純使用此種方法并不能夠完全達到監測任務標準要求。

而通過對每一幀中聲音與圖像等各項內容進行統計的方式，對本真主要內容數據進行表征，在聲音統計量和圖像處于相等狀態時，便可以對兩幀聲音或者圖像內容進行比對判斷。較為常見的視頻統計量主要包括梯度、均值以及直方圖等，而聲音統計量包括倒譜系數與均值等，會通過對標清與高清內容進行比對處理的方式，按照特定變換要求進行處理，保證在進行高清和末級標清對比過程中，圖像主要內容能夠處于大致相同狀態。需要在獲得標清與高清局部區域圖案和分辨率等各項數值之后，明確圖像內容細節以及其他方面的不同按照一致性原則進行標清末級和高清源匹配，確保畫面主要內容能夠處于相同狀態。如果差別較大，會對對比算法中統計量的處理和選擇方式產生直接影響，對于像素點形狀亮度方程的影響最為明顯，因為需要進行硬件采集和圖像顏色等各項內容的對比分析，所以如果存在處理不當的狀況，會對相同畫面統計量產生不良干擾，造成無法相等問題，從而引發錯誤報警的情況。超標清圖像內容需要保持一致匹配程度，應做好幅型變換處理，根據變換規范的具體要求，從最大有效公共范圍中尋找各項數據，對高標清信號內容進行對比分析，按照一致性原則，完成各項內容的比對，但排除非內容黑邊圖像，做好信封、切邊以及壓縮等一系列變化。在進行末級信號和源信號對比分析過程中，源信號在經過切換臺處理之后，會經由包裝服務器與下變換等各項設備到達末級，在進行視音頻對比過程中，需要按照視音頻鏈路各環節具體情況，在對環繞聲標識與時鐘等各項視頻內容進行處理之后，展開具體內容的對比分析，通過對模板的使用，完成字幕與包裝等各項內容掩膜處理，會將相同部分留下周圍對比分析內容進行研究。

通過對播出節目單內容的分析，完成欄目信息內容獲取，對不同欄目所使用的模板進行研究，按照欄目大小與元素位置等各項內容完成模板選擇。對感興趣內容進行對比分析，完成干擾元素掩膜處理，將模板作用于源信號，再實施對比比較。在實施字幕與臺標等各項內容的處理過程中，需要判斷末級信號中字幕、時鐘等各項元素區域是否處于正常狀態，需要對對比關系進行研究，使用正反邏輯對比位置等。例如：在進行臺標分析過程中，需要對時間、空間以及對比方法進行研究，做好對應區域特征值的對比分析，按照坐標，對坐標位置與限定范圍進行確定，對綜合AFD信息展開處理。其中，在進行源信號和末級信號對比分析過程中，如果兩者在一定限定范圍內存在畫面不一致的狀況，而且臺標出現，會按不報警處理。但如果兩者內容保持一致，且臺標沒有出現，則會通過報警的方式表明，臺標已經丟失[5-6]。

3.4 音頻對比分析研究

在進行音頻對比分析過程中，會采用兩個聲道統計量進行對比分析的方式，展開上混后音頻與信號音頻等各項內容的對比分析。會對單聲道、雙聲道以及單聲道、上混后左右聲道等各項內容進行對比研究，通過展開聲道相位判斷的方式，做好一系列比對處理。在對環繞聲節目進行處理過程中，因為此種類型節目相對較為特殊，前后、前左以及中置聲道無法處于同時靜音狀態，而且前左和前右聲道需要保持一定相關性，不能夠單獨進行靜音處理，在低音聲道和后置聲道方面，并不會進行束縛，采用傳統方式很難完成檢測，所以需要運用異態檢測和比對檢測相結合的方式，展開綜合判定。需要在相應范圍內對音頻能量差進行觀測，當能量差相對較小時，認定其處于一致狀態。如果存在能量差過大問題，則會判定為異常，會通過比對異常的方式，確定真實音頻信息的相同性。

3.5 系統應用綜合分析

以常見故障分析為例。在對單路故障進行處理過程中，如果節點報警狀態顯示為紅色異常狀態，而其他信號均處于正常狀態，此時需要通過對異態真值表的查詢，確定具體異常原因。例如：在查詢之后確定是末級主設備和備設備之間存在異常狀況，需要根據這一線索完成相關故障處理，以便在短時間內排除故障。可以在確定主鏈路存在故障之后，通過進行末級主路切換處理的方式，完成故障處理。

在進行單源故障處理過程中，如果信號源備路存在噪聲問題，末級備路也會發生噪聲狀況，而此時主路信號處于正常運行狀態。在對異常狀況進行檢查之后發現，與異態真值表中的內容基本一致，可以判斷是備路信號源音頻存在故障問題，此時可以通過對末級備路進行切換的方式，完成故障的自動處理。

運用一致性對比方式，能夠快速發現問題所在，可以通過對信號之間視音頻內容層面一致性的對比分析，進行幀級別內檢測，以便更好地發現問題。需要結合異態監控手段，對各節點的異常狀況進行充分分析，及時做好倒換控制策略的使用，以便自動完成故障處理，確保播出系統能夠處于正常播出狀態，節目能夠順利播出。

4 結語

技術人員要進一步加大對播出信號監控系統的研究力度，針對傳統監控系統應用存在的各項狀況，結合智能化技術具體優勢，制定出較為完善的智能化監控系統應用模式，確保能夠對傳統監控系統應用問題進行改善的同時，達到通過構建對比模型與進行異態監測等方法，科學實施播出信號監控的目標。保證誤報與漏報等問題能夠得到妥善解決，合理進行監控信號的收集和分析，確保在出現異常狀況時能夠第一時間對其進行處理，以便最大程度地保證播出效果，確保能夠為廣大受眾帶來更加優質的節目觀感體驗。