分布式CMMB移動多媒體廣播監測系統的實現

王 龍

(普寧市廣播電視臺有線網絡中心技術部，廣東 普寧 515321)

CMMB移動多媒體廣播業務發展至今，已在全國300多個城市開通，逐漸成為全球最大的移動多媒體廣播電視覆蓋網絡。CMMB信號覆蓋率和收視質量，是衡量其業務水平和服務質量的關鍵要素。但由于地理、環境和人為等因素，人們在不同地點收看CMMB移動多媒體廣播節目質量不一，同時運營商和監管者也無法獲取其信號質量狀況，造成了一定的監管空白。為了解決這一問題，需結合本區域內特點，選取合理的監測點，部署CMMB監測設備，完成所轄區域內信號質量監管。每臺CMMB監測設備完成CMMB信號的接收解調、加密節目解擾和信號指標監測，并將監測信息和錄像打包回傳至中心平臺。運營商和監管者通過建立中心平臺，匯總所轄區域內監測點信號的傳輸指標、碼流監測數據和故障報警信息等，完成CMMB信號集中監管和報警功能，同時實現對各監測點錄像存儲查看、實時流媒體直播功能。CMMB移動多媒體廣播監測系統采用分布式架構，在網絡協議構架上，中心與監測前端設備可通過TCP/IP通信，以實現音視頻獲取、信源的監控、信道的各種數據信息、媒體業務等內容［1－2］。

1 系統構建原則

構建一套完善CMMB移動多媒體廣播監測系統，可按照整體規劃、分步實施的原則，考慮標準化、規范化、開放性、安全性、實用性、高效性、技術成熟性、穩定性等因素，建立一套安全可靠、高質量、易擴展的集中監測監管系統，可從下面幾點思路出發:

1)CMMB監測前端作為系統中重要的組成部分，一般放置在無人值守的機房內，采用嵌入式結構，具有較強的穩定性和安全性，滿足7×24 h不間斷工作。設備在發生異常時，支持自動啟動。系統在供電異常終止再恢復后，能夠恢復正常運行狀態，繼續執行原有任務。

2)CMMB監測前端設備要利于維護，具備遠程網絡維護功能。硬件設備獨立模塊化設計，可分為解調解擾模塊、主控模塊、配置模塊等，所有模塊需支持熱插拔。可采用獨立的配置存儲模塊，更換板卡或設備時，只需要將原配置模塊拔下，把原配置模塊插到新更換板卡或設備上，不需要進行重新配置，即可恢復正常使用。為滿足業務發展需求，監測前端需具備靈活的擴展功能。

3)中心平臺需具備大容量數據處理和存儲功能，功能界面易于操作、實用性強。為滿足多用戶、多業務的分布式應用需求，系統采用B/S架構實現。

2 系統整體結構

如圖1所示，系統由監測前端和監測中心平臺組成，主要功能如下:

1)CMMB嵌入式監測前端如圖2所示，專用于CMMB移動多媒體廣播信號監測設備，每臺監測前端采用標準1U機架式結構，通過外接小型吸盤天線，即可完成CMMB廣播信號接收，每臺監測前端可同時完成幾十個業務的接收與監測，并將多業務流打包成標準的PMS流通過網絡輸出。采用廣電總局的解密芯片完成節目解擾。CMMB嵌入式監測前端設備集信號接收解調、加密節目解擾、MFS監測、PMS打包輸出功能于一體。硬件設備模塊化設計，解調解擾模塊、主控模塊、配置模塊均支持熱插拔，有利于設備的維護。設備支持對復用幀頭錯誤、復用子幀錯誤、視頻、音頻、數據段錯誤等復用流故障監測。支持網絡信息表、復用配置表、業務配置表、EPG等的深度解析。支持CMMB信道指標監測，包括信號鎖定狀態、信號強度、RS誤碼率、LDPC誤碼率。支持信道參數指示，包括RS速率、字節交織模式、LDPC編碼速率、調制方式等。CMMB嵌入式監測前端設備通過內置主控板，從而實現與中心監管平臺的互聯互通，并匯總所監測信號的傳輸指標、碼流監測數據和故障報警信息上報至中心監管平臺。系統支持錄像存儲查看、實時流媒體直播功能，支持多節目的輪巡輪播功能。可對電視節目和廣播節目進行24 h實時錄制，本地存儲、轉碼格式支持H.264視頻和MP3音頻。故障錄像、監測報警數據和采集信息本地存儲，并實時上傳中心監管平臺。CMMB嵌入式監測前端設備具備傳輸保護功能，保證當出現傳輸網絡故障時，在故障恢復后系統仍可將錄像數據上傳至中心存儲系統。

2)中心平臺，系統采用B/S架構，靈活地滿足系統分布式、網絡化監測的特征，集實時監測、業務配置、數據查詢等多種功能于一體。可在GIS地圖上實時展示所有監測前端信號的故障狀態、故障日志、測量指標。支持實時音視頻查看，查看監測前端的實時音視頻，支持單畫面、多畫面以及單畫面輪播。可展示各監測設備的實時狀態、指標數據，以不同的顏色高亮展示故障情況。支持歷史故障記錄查詢，支持多條件組合查詢，可以根據故障記錄查看、回傳故障錄像，查看實時視頻、故障處理。支持聲光、短信、電話等多種報警方式。為了保證系統安全性，具備系統管理功能，可為用戶分配監測前端、權限，做到模塊化管理。同時中心可完成前端遠程維護功能，實時展示監測設備運行狀態，遠程重啟、升級、電源控制，查詢監測設備的歷史設備故障。通過日志管理功能，可查詢用戶操作記錄，并打印、導出到Excel，方便跟蹤系統運行情況。

3 系統主要功能

系統實現了CMMB信號集中監測、集中數據調用管理、集中遠程調度管理、集中配置管理監測前端等功能。中心平臺實時顯示各監測前端的節目監測狀態、各項參數和回傳的報警信息等。具體包括監測網拓撲結構以及監測前端GIS地理分布電子地圖顯示(見圖3)。實時異態報警顯示功能包括通過語言、文字、圖形等手段對監測前端工作狀態進行報警提示，顯示各監測前端的名稱、地址、電話、聯系人以及最近報警信息的顯示等。

圖3 GIS監測分布圖

3.1 數據采集

數據采集包括節目數據采集、報警數據采集和指標實時報警。

1)節目數據采集中，系統提供節目信息采集功能，監測前端周期性分析碼流獲取最新的落地頻道內的節目信息，獲取信息后上報監管系統，由監管系統發起節目信息采集指令。

2)報警數據采集中，系統實時接收監測前端上報的報警信息，并實時分析定位報警，實時展示分析后的業務報警信息。

3)指標實時報警中，系統在實時監視視頻指標時，周期性給監測前端下發查看指標信息指令，監測前端實時回傳指標信息，監管系統實時接收指標信息。

3.2 設備管理

中心平臺支持對CMMB嵌入式監測前端設備狀態查詢，可包括設備能夠響應中心平臺下發的設備狀態查詢指令，查詢內容包括CPU使用率、內存占用率、存儲占用率、主機溫度、CPU溫度等，同時，設備能夠按照查詢指令參數正確上報查詢結果等。當高于中心平臺下發的報警閾值時，監測設備可主動上報異常狀態。

監測前端具備獨立的Web配置管理頁面，可以遠程IE訪問，在圖形化界面中對前端進行基礎配置、備份導入導出、重啟軟件，查看前端通道使用狀態、錄像狀態、核心模塊工作狀態，查看節目與板卡的對應關系、節目的報警開關報警門限、轉碼碼率、錄像路徑，查看碼流或節目的報警狀態。

中心平臺可完成對監測前端設備軟件重啟和電源重啟等操作。

3.3 CMMB信號指標監測

中心平臺可完成對各監測前端監測任務的批量下發和管理功能，中心可設置各監測點的監測門限。各CMMB嵌入式監測前端監測的內容包括支持復用幀頭錯誤，復用子幀錯誤，視頻、音頻、數據段錯誤等復用流故障監測。支持網絡信息表、復用配置表、業務配置表、EPG等的深度解析。支持CMMB信道指標監測，具體包括信道功率、信噪比、信號鎖定狀態、RS誤碼率、LDPC誤碼率。支持信道參數指示，具體包括RS速率、字節交織模式、LDPC編碼速率、調制方式等。

技術指標具體為:1)調制方式為OFDM;2)映射方式為BPSK，QPSK和16QAM;3)頻率范圍為470～946 MHz;4)接收靈敏度小于－79 dBm;5)信號強度精度為1.5 dB;6)LDPC誤碼率精度為1%;7)RS誤碼率精度為1%。

3.4 音視頻內容監測

各監測前端可完成對CMMB移動多媒體廣播節目的音視頻內容監測，包括彩場、靜幀、彩條、音頻丟失、音量過高或過低等故障。

1)彩場故障設置:黑場、藍屏等彩場故障的監測門限單位為秒，當節目畫面內容出現彩場并持續超過設定的門限值后，系統會對彩場故障進行記錄及報警。

2)靜幀故障設置:靜幀故障的監測門限單位為秒，當節目畫面內容靜幀并持續超過設定的門限值后，系統會對靜幀故障進行記錄及報警。時間倍數參數是指當節目有聲音時，將按門限與時間倍數值相乘計算。

3)音頻監測類型選擇:選擇左聲道監測時，系統僅監測左聲道以及左聲道伴音監聽;選擇右聲道監測時，系統僅監測右聲道以及右聲道伴音監聽;選擇雙聲道監測時，系統監測雙聲道以及左、右聲道伴音監聽。

4)音頻丟失門限設置:門限表示波動閾值，當音量波動的范圍小于門限并持續超過設定的門限值后，系統會對音頻丟失故障進行記錄及報警。

5)音量過低門限設置:當音量值低于門限并持續超過設定的門限值后，系統會對音量過低故障進行記錄及報警。

6)音量過高門限設置:當音量值高于門限，系統會對音量過高故障進行記錄及報警。

3.5 節目內容編碼壓縮

監測前端可實現對節目視頻H.264和音頻MP3的實時轉碼。音頻編碼支持左聲道編碼、右聲道編碼、雙聲道編碼和按原始聲道數編碼。視頻圖像和語音同步誤差小于100 ms;對于存在多個音頻流的節目，可提供選擇指定音頻的功能。

編碼后的音視頻流支持通過網絡進行播發，可以使用VLC播放器進行音視頻的解碼和播放。支持視頻碼流與音頻碼流的同步時戳。支持OSD字符、時間位圖的疊加。在錄制視頻和生成實時視頻時，可以按要求在屏幕中疊加當地時間(年、月、日、時、分、秒)和相關信息，疊加的信息和日期位置、大小、字體可設。

節目錄像本地保存，并可通過IP網絡實時上傳到中心存儲系統保存。系統具有傳輸保護功能，保證當出現傳輸網絡故障時，在故障恢復后系統仍可將錄像數據上傳至存儲設備。

3.6 錄制管理

CMMB嵌入式監測前端配備本地存儲硬盤空間，滿足節目長期錄制要求，錄制天數可調。系統支持自動刪除過期的錄像、錄音文件。系統可通過流媒體的方式回傳錄像(錄音)內容，內容可以使VLC播放器進行播放，內容上傳使用HTTP協議進行傳輸。

作為監測前端設備，最易損耗和發生故障的是硬盤，為了盡量保證數據長期的安全性和有效性，錄像存儲方式采用磁盤預分配方案，即將系統緩存中的不同節目的錄像數據以一定時間、方式和大小寫到預先分配好的磁盤空間，同時寫入一個錄像文件的索引文件，而后把錄像文件按照預先的文件順序進行寫入，這樣可以有效降低磁盤讀寫頻率，減少了磁盤碎片和沖擊，顯著提高了磁盤穩定性和壽命，同時通過索引文件快速找到相關文件，實現了拖動的快速響應。

4 總結

CMMB移動多媒體廣播業務的迅速增長，給安全播出工作和運營服務質量提出了更高的要求，分布式CMMB移動多媒體廣播監測系統從信號指標、節目內容質量等多層次完成監測功能，利用先進的技術手段確保監測信息的準確性、及時性和安全性，對于信號劣化、內容質量分析提供了強有力的支持。目前，CMMB嵌入式監測前端已在全國多個城市實現部署，得到了廣泛認可。

［1］解偉.移動多媒體廣播(CMMB)技術與發展［J］.電視技術，2008，32(4):4－7.

［2］袁三男.CMMB監測系統研究及實現［J］.電視技術，2011，35(21):154－156.