新疆廣播電視節目內容監測系統建設的設計

王紅梅等

摘 要： 近年來，國家實施了“西新工程”，加大了對新疆廣播電視事業的建設和投入。建立一個全面、實用、快捷、有效的廣播電視節目內容監測系統，必須運用當前先進的數字壓縮、網絡通訊、視音頻比對、智能比對、關鍵詞識別、數據庫等技術，采用不同的組網方案，來構建節目內容監測系統的監測方式。通過實時監測、輪詢監測、任務監測來達到效果，該系統采用面向服務的架構SOA，基于 XML 統一標準的系統結構。系統在邏輯上采用基于.Net FrameWork 規范的 B/S/S（瀏覽端/服務器/服務器）三層結構模型來設計，形成了整體技術解決方案。

關鍵詞： 廣播電視； 節目內容監測系統； 視音頻比對； 重點監控

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）06?0071?04

0 引 言

新疆位于亞歐大陸中部，地處中國西北邊陲，總面積166.49萬平方公里，周邊與蒙古、俄羅斯、哈薩克斯坦、吉爾吉斯斯坦、塔吉克斯坦、阿富汗、巴基斯坦、印度等8個國家接壤，總人口為2181.3萬人，地域遼闊、交通不便、居住人口分散，廣播電視是各族群眾了解外界的重要渠道，在擴大宣傳黨的政策、反對民族分裂和恐怖主義、加強民族團結、促進新疆經濟發展、擴大新疆在中亞和世界的影響等方面都具有十分重要的作用。

近年來，在黨和政府的高度重視下，國家實施了“西新工程”， 加大了對新疆廣播電視事業的建設和投入，給新疆的各族人民群眾帶來了新的信息與新的思維理念，加快了新疆與經濟發達地區的信息交流速度，更好地滿足了各族人民群眾日益增長的精神文明建設的需要。如何加強對廣播電視節目的監管，提高廣播電視節目播出、傳輸質量，使各族群眾能夠收聽收看好廣播電視，成為新疆各級廣播電視播出和管理部門關心的重要問題。建立廣播電視節目內容監測系統，能夠提升各級廣播電視管理部門的監管水平、充分發揮廣播電視的宣傳作用和效益、規范廣播電視播出行為。本文就廣播電視節目內容監測系統的建設提出了自己設計方案。

1 系統規模及構成

系統由局中心平臺和各地州（市）、縣級監測前端組成。中心平臺與監測前端通過網絡進行數據通信，對前端播出節目的內容、效果進行實時監測，獲取、保存監測前端回傳的各類數據信息，對前端上報的數據進行統一的管理、維護以及綜合查詢和分析，并能夠向監測前端下達指令任務。各監測前端作為二級用戶可查看本地的廣播電視音視頻信號和監測數據。如圖1所示。

2 系統建設需要考慮的幾個問題

建立一個全面、實用、快捷、有效的廣播電視內容監測系統，必須運用當前先進的數字壓縮、網絡通訊、視音頻比對、智能比對、關鍵詞識別、數據庫等技術，在全疆14個地州市、87個縣（市）設立廣播電視監測前端，對全區的廣播電視節目播出內容進行實時監測。系統在設計時需要考慮以下幾個問題：

2.1 網絡組網方案

網絡組網方案在系統建設中有舉足輕重的地位，制定一個既經濟又能滿足業務需求的數據傳輸方式是系統建設者們需要解決的問題。新疆地形較為復雜，方案設計要綜合考慮各監測前端的實際情況、網絡分布狀況及運維成本等因素，不僅要最大程度地利用現有傳輸網絡、減少新建網絡投入，還要保障各類數據完整性和可靠性，常見的組網方案有以下幾種：

（1） 數字同步體系傳輸SDH。中心平臺與監測前端采用SDH網專線進行通訊連接，各監測前端的視音頻數據、監測信息數據實時回傳至中心平臺，在中心平臺可以實時查看或下載音視頻數據。這種組網方式具有傳輸數據量大、傳輸速度快、性能穩定的特點，但運維成本較高。

（2） ADSL接入組網，為了減輕資金投入也可采用ADSL接入方式組網。各監測前端的報警數據實時上傳，提供一定但不是全部數量的視音頻上傳能力，可按照中心平臺指令將部分節目的視音頻數據實時編碼、壓縮、上傳至中心平臺，便于中心平臺輪流監看和下載。其余節目均實時錄制壓縮在監測前端的本地硬盤上，待需要時再上傳數據。這種方式具有方便快捷、拓展方便、運維費用低等特點，能夠克服傳統用戶“最后一公里”的“瓶頸”，適用于邊遠地區監測前端。

（3） DDN接入組網。在不具備以太網接入的前端，可考慮點到點數字線路（DDN）進行視/音頻數據傳輸。系統由電信部門的數字數據業務提供高質量、高帶寬的數字傳輸通道，依據實際情況租用相應帶寬，完成各類信號的傳輸。監測前端由當地電信局提供的接口或使用現有的接口與中心平臺對接。隨著監測業務的擴展，可以通過增加帶寬來滿足視音頻傳輸需求。這種方式具有帶寬高、傳輸技術可靠，性能穩定等特點。

2.2 數據存儲方式

系統需要進行存儲的內容主要包括實時音視頻數據、異態音視頻數據、監測數據信息及系統運行狀況信息等數據。根據業務需求，可以采用以下幾種存儲方式：

（1） 監測前端將實時音視頻數據、異態音視頻數據、監測信息及系統運行狀況信息等數據實時回傳并保存至中心平臺，中心平臺可實時監測或調用。但這種方式對系統網絡傳輸帶寬和中心平臺存儲容量要求較高。

（2） 監測前端的異態音視頻數據、監測信息及系統運行狀況信息等數據主動實時上傳至中心平臺。實時音視頻數據則暫時存儲在本地，待中心平臺有需要時再調用或查看。這種方式的優勢是可以節約網絡帶寬，不占用中心平臺的存儲資源。

2.3 監測方式

（1） 實時監測。系統對被監測的廣播電視節目進行一對一的掃描、分析，獲取被監測節目的實時音頻流并予以存儲或上傳，發現異態立即報警。這個過程是指系統實時監測廣播電視信號的信道指標（廣播信號的信號電平、調幅度、制度、頻偏等和電視信號的信號電平、載噪比等），并可對廣播音頻和電視視畫面進行監測報警。系統的測量數據和報警信息以及音視頻數據都可記錄下來可以人工或自動切割異態文件，也可按要求傳送到遠程數據中心，并提供歷史詢、錄像檢索、實時回傳等功能。全頻段掃描監測系統按任務要求工作，對廣播電視頻段內的廣播電視信號分別進行檢測，如發現新頻，及時報警，可人工或自動進行語種識別，并可啟動備用接收設備完成新頻監測和存儲記錄[2]。

（2） 輪詢監測。系統對特定的廣播電視節目進行掃描、分析和過濾監測，發現異態立即上報并同步存儲或上傳異態音視頻流。

（3） 任務監測。系統按照用戶下達的監測任務，按時段、節目類型自動進行監測，并同步存儲或上傳監測結果、異態視音頻。

2.4 系統安全性

系統的安全性主要是防范外部攻擊和保障系統數據的保密性、完整性和可用性。因此，可以從邏輯安全和物理安全和安全管理三方面入手，采用建立專網、配備硬（軟）件防火墻、安裝殺毒軟件、完善系統訪問權限、建立數據備份與恢復機制和避免無關設備與人員接觸系統等手段來確保系統安全。

3 設計原則

為了確保系統建設的延續性和可擴展性，系統應結合我區實際情況，按照“統一規劃、合理布局、突出重點”方針，遵循以下設計原則進行建設：

（1） 開放性。系統應采用國家和行業標準及行業規范，具有可擴充性，即設備可以增加、前端可以增加、終端可以增加、業務可以增加、頻道（率）可以增加、功能可以增加等，預留通訊接口，只要滿足此接口條件的設備都可以無縫地接入到系統中來。

（2） 兼容性。系統可對現有的廣告監測系統、互聯網監測系統進行網絡整合、系統集成，實現統一管理、互聯互通。要充分考慮到未來技術發展的需要，使其能夠在盡可能長的時期內保證應用的需要。系統界面、業務邏輯、設備/數據接口獨立，具有可擴充性，能夠使客戶端擺脫繁鎖的安裝維護工作。

（3） 準確性。系統必須要保證設備監測指標準確、數據上報準確、執行指令（任務）準確、信息匯總準確，并且能夠長時間安全穩定運行。

（4） 高效性。由于系統對某些數據的實時性要求較高，如：報警信息的上報與處理、音視頻文件查詢等業務，所以在設計時要充分考慮到用戶習慣及響應速度等問題，力求將一些復雜的流程及處理方式簡化，使用戶可以高效快捷地完成工作任務。

（5） 擴展性。系統設計應充分利用現有網絡和設備，避免重復建設、資源浪費。需要增加新業務、新功能、新設備時，在不改動系統體構架情況下，只升級系統軟件就能夠增加業務、擴展負載，實現低成本平滑過渡。

（6） 同步性。為保證數據采集和任務實施的精確，系統需要建立標準的GPS授時系統，采取強制時鐘同步的方法，強制所有設備（包括中心系統設備和前端）時間與授時系統的時鐘保持實時同步，并確保誤差在1秒以內。

（7） 統一性。系統應使用統一的架構、統一的標準通訊接口和通訊協議的模塊化管理，便于統一的升級、維護管理和操作。所有監測數據均采用國家統一標準進行壓縮、存儲，并采用統一的權限和用戶角色進行管理。

（8） 易維護。系統能夠提供遠程重啟、支持在線維護和升級。中心平臺可以遠程控制前端的監測設備。

根據以上原則，我們設計了基于 XML 統一標準的系統結構。系統在邏輯上采用基于.Net FrameWork 規范的 B/S/S（瀏覽端/服務器/服務器）三層結構模型，這種模型結構可以實現零客戶端的管理。

4 系統功能

系統能夠對全區范圍內的廣播電視節目內容、傳輸質量和廣告播出情況進行監測，及時發現未經批準的播出頻道和有害信號，準確了解事故位置，及時發現播出中的重大停、劣播事故，為各級政府職能部門、播出單位、管理單位提供監測信息。本系統基于B/S/S（瀏覽端/服務器/服務器）三層結構模型體系架構來設計系統結構、選用MPEG4格式采集壓縮卡獲取視/音頻播出信號、用IDE硬盤陣列錄像存儲、以流媒體方式進行視/音頻傳輸、采用基于數據庫技術的專用監播軟件。

4.1 系統功能模塊圖

系統功能模塊如圖2所示。

4.2 系統基本功能

（1） 內容監測：系統采用特征識別技術將監測對象的節目信號與標準信號源進行比對，對廣播電視節目播出內容進行實時監測，防止惡意插播和播出錯損[4]。

（2） 質量監測：系統通過對廣播電視節目信號的技術指標測量和對音、視頻信號的主觀評價，監測廣播電視節目的停、劣播情況。

（3） 廣告監測。系統通過樣本提取、自動識別、廣告識別等技術手段實現對廣播電視節目廣告播出情況的監管。

5 系統結構設計特點

本項目需要規劃建設新疆自治區安全播出節目監測系統。應用系統結構總體設計要實現公共的服務，定義標準的接口，將平臺構建為一個開放的、可擴展的平臺，方便后期新增加的應用系統模塊化的搭建。如何使這些現有的應用程序盡可能無縫地進行通信，如何使系統應用更靈活且更快地響應不斷改變的業務需求、這就是系統應用體系結構設計所主要應當解決的問題。為了從根本上解決這個問題，本應用從體系結構上采用了面向服務的架構SOA，根據這一結構我們對系統結構設計特點作了以下總結：

（1） 任務監測功能。系統能夠根據用戶業務需求執行日常監測和臨時監測任務，對特定節目或時間段的節目進行內容比對、節目分類、站點信息同步、人工核實、節目內容的自動跟蹤、自動監測，并提供任務指令的修改和編輯功能。還可以采用信息檢索技術，檢索相應的監測站點的文本信息和音視頻內容。

（2） 音視頻信號采集功能。通過針對視音頻的抓取引擎，主動發現和采集重點節目內容，并根據相關規定及系統功能對疑似違規節目內容自動進行采集壓縮和存儲，保存時間90天。

（3） 內容分析與歸整功能。利用視頻關鍵幀提取、伴音識別等技術，對采集的數據進行實時數據分析與整理，得到相應的文本摘要和媒體特征信息，然后以這些特征信息作為索引，對節目錄音/錄像進行自動排重和分類、聚類，建立有序分類的視音頻節目數據庫[3]。

（4） 檢索與統計。以視音頻節目數據庫為基礎，通過B/S架構，提供友好的人機界面，對重大事件進行預警，并提供關鍵字、視頻樣例、音頻樣例等多種形式的檢索和統計[4]。

（5） 節目歸類功能。結合視音頻特征分析技術，根據預定義特征（視音頻樣例、圖片等）實現節目內容的自動識別和分類，提供查詢、統計等基礎監管信息。

（6） 信息查詢功能。通過WEB界面，提供關鍵字、視頻樣例、音頻片斷等多種形式的檢索方式，并提供報表、圖形等多種統計方式，還能夠直接顯示、播放相應的視音頻節目內容。

6 系統在實施過程中存在的問題

系統是根據新疆廣播電視內容監測業務需求單獨設計的，軟件開發周期較短，要形成一個實時精確的監測系統，還需要進行完善和細化。整系統建設是分步實施的，各個前端是在不同時期、由不同施工單位承建的，每個單位都有各自獨立的系統，在調試時要細致深入地與各承建方進行協調和溝通，實現無縫連接，使系統的運行達到最佳狀態。

參考文獻

[1] 宋棟棟.MPEG?2TS碼流監測的研究分析[J].廣播電視監測，2010（1）：7?9.

[2] 王紅霞.流媒體中的廣告視頻監測系統的設計[J].光電工程，2010，37（10）：55?57.

[3] 古月.基于商業智能的領導綜合查詢分析系統的設計與實現[D].重慶：重慶大學，2005.

[4] 姚正忠，姜洪臣，姚舜.廣播電視廣告智能監測系統的設計與實現[J].廣播與電視技術，2012（1）：124?128.

[5] 白妙青.云計算技術在廣播電視網中的應用[J].現代電子技術，2013，36（11）：142?144.

[6] 張欣，莫巍巍.廣播電視多頻道合成器的設計[J].現代電子技術，2008，31（22）：158?160.