蘭州高標清數字電視節目監測系統的設計

梁旭文

（甘肅省廣播電視網絡股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

蘭州高標清數字電視節目監測系統的設計

梁旭文

（甘肅省廣播電視網絡股份有限公司蘭州分公司，甘肅 蘭州 730000）

通過對數字電視的簡介，逐步引申到甘肅省廣播電視網絡股份有限公司蘭州分公司的數字有線電視現狀，然后通過設計思路的詳細闡釋和技術的實現圖文說明，全面呈現了高標清數字電視節目監測系統的設計與實現。該系統達到了國家廣電技術標準，且便于日常維護以及日后的系統擴容升級。

數字電視；高標清；監測系統

1 數字電視簡介

在數字化信息技術的革命下，數字電視應運而生。在傳輸方式上，數字電視系統不再采用模擬電視的壓縮和編碼，而是采用數字信號，最后在接收端對接收到的數字信號進行處理、解碼、轉換，將音視頻節目信號還原成模擬信號，并在電視機上播放顯示各種數據[1-2]。

數字電視與傳統模擬電視相比較，有以下優點：

1）條件接收系統可以實現對用戶的有效監管，保證了資金的出入透明化，為實施各類收費業務提供了便利。

2）數字信號使用了先進的圖像編碼技術，可以充分利用頻道資源，用數字電視傳輸方式可大大節省因增加電視節目頻道而產生的傳輸費用，提高經濟效益。

3）采用數字形式傳播和廣播，抗干擾能力強，不受地理因素限制，幾乎可以無限擴大覆蓋面。

4）數字電視可以傳輸5.1聲道的環繞立體聲，為用戶提供更好的音效體驗。

2 蘭州有線數字電視現狀

甘肅省廣播電視網絡股份有限公司蘭州分公司自成立以來，一直是以廣播電視節目傳輸為主業的大型現代化有線廣電網絡運營商。

甘肅省廣播電視網絡股份有限公司（簡稱甘廣網絡公司）為滿足數字電視系統的正常運行和傳輸安全，建設了高標清數字電視節目監測系統。該系統可對28路QAM信號進行碼流分析，為數字電視系統的管理和維護提供參考標準，快速診斷并及時解決問題。在此基礎上，為了直觀了解信號的質量和安全性，還對其中20路標清QAM信號和6路高清信號進行多畫面顯示監測。

3 設計思路

3.1 總體設計

甘肅省廣播電視網絡公司經過長時間的考慮和權衡，通過對現有狀況和需求的分析，逐步確立了蘭州高標清數字電視節目監測系統的總體設計目標：以標清數字電視節目監測系統為核心，以高清數字電視節目監測系統為輔，通過多畫面顯示監測系統和碼流分析系統對高標清數字電視完成顯示監看和QAM信號的碼流分析[3]。

20路QAM信號中含有120套標清節目，考慮到這120套標清節目的收視用戶基數大、關心程度高、收視率穩定居高，需要采用多畫面顯示實時監測報警，對其進行重點監測，保證安全播出。

而對于6路QAM信號中含有的23套高清節目來說，多畫面顯示實時監測報警就不是很合適。第一，高清概念普及程度不夠，節目收視用戶不是很多。第二，高清節目占用資源多，實時監測成本非常高。出于多方面綜合考慮，決定對其采用多畫面顯示輪巡監測報警，保證安全播出。

除了對信號進行畫面顯示監測，還應對其信號本身質量進行監測。通過兩個不同層面的監測環節，把信號的狀態立體地呈現出來。

3.2 多畫面顯示監測系統

1）輪詢和實時兩種方式兼備

支持輪詢、實時兩種方式的監測。且實時和輪詢節目畫面顯示相互獨立，輪詢畫面切換穩定、平滑、無卡幀。

2）支持多格式媒體

由IP構建系統，對主流流媒體提供全面支持，涵蓋UDP，HTTP，RTMP，RTP，HLS，RTSP等傳輸協議，TS，FLY等封裝格式的碼流。

3）多格式高標清節目的解碼能力

系統可以同時解碼多套高標清節目。高標清視頻解碼格式支持MPEG-2，MPEG-4，AVS，AVS+，H.264，H.265等；音頻解碼格式支持DRA，AC3，AAC，MP2，MP3等。在對5.1聲道伴音解碼后，可進行彩色音量柱顯示并監聽。對于越來越多的立體聲音節目，可以左右聲道分別進行監聽。值得一提的是還能支持3D電視頻道的監看、監測和錄像。

4）準確的視音頻內容監測

對于視頻故障的監測，有黑場、彩場、彩條、靜幀、視頻遺失、臺標遺失、視頻解碼異樣、臺標遺失等方式；對于音頻故障監測，有音量過大、音頻遺失、音量過小等方式。視頻故障監測的優勢在于能夠精確到每一幀進行監測，并可設定監測的范圍，能對指定的馬賽克進行監測；音頻故障監測的優勢在于能準確比對正常伴音和遺失后的雜音，可智能判斷和區分立體聲、單聲道、雙聲道的區別并進行監測。

5）靈活的畫面顯示

支持1～4塊大屏的輸出顯示，每屏均支持輸出顯示不同的節目內容。設備具有3種接口，DVI，VGA以及HDMI，靈活連接不同設備，且屏幕的分辨率均可高達1 080p。

提供靈活的畫面組合功能，可對屏幕任意分割，支持畫面組合模板的導入導出。支持輪巡和實時，且彼此節目畫面顯示不互相影響，切換平滑。

6）實用的報警管理機制

為了方便值班人員的值班管理，在語音、日志、OSD、數據庫、短信等多種報警方式的基礎上，系統充分結合了廣電機房值班、運維的實際情況，提出并完善了一整套報警管理機制，包括故障循環語音報警、故障的人工確認與忽略、手動暫停監測、按故障類型設置運行圖、故障畫面放大顯示等功能。

7）高效的錄像存儲功能

為了保存節目錄像，方便日后查證觀看。系統需對選定的節目進行時段式錄像或觸發式錄像。錄像格式可在原始碼流、原始單節目流、H.264和MPEG-4中自行設置，錄像參數也可以同時設置；同時系統采用了先進的磁盤存儲技術，包括磁盤預分配、延時寫入、多級索引和免拼接等技術，提供了穩定存儲功能的同時，進一步延長了硬盤的壽命。具有對任意時長的錄像進行快速檢索和調用的功能。

3.3 碼流分析系統

1）實時顯示碼流

支持顯示監測前端的各種監測數據，包括系統自定義故障、PSI/SI表格全解析、模板比對、TR101 290的三級錯誤監測、各種信道指標、帶寬數據實時信息、PCR抖動分析等。

2）實時立體分析

提供以下指標的在線分析，包括帶寬監測、節目分析模板比對、基本信息、PCR分析、信道監測、TR101 290監測、PSI/SI分析。通過統計展示各種指標的歷史變化情況和當前信號的信道和碼流信息，可以全方位地對碼流進行立體分析。

3）完整的碼流錄制

錄制文件的大小和存放位置可根據需求自行設置。具有4種錄制方式，包括觸發碼流錄制、手動碼流錄制、本機錄制和分布式網絡錄制。通過以上方式，碼流錄制不僅完整而且準確。由于存在先進的磁盤預分配技術，可以控制磁盤碎片的產生。

4）實用的表格對比

具有對加密PID、加密類型進行詳細比對的功能；具有對表格關鍵指標進行比對監測的功能；具有TS流的網絡基本信息、傳輸信息和業務信息的表格比對功能。

5）3種掃描方式

通過設置前端的各項參數，對頻道、PSI/SI和EPG等信息進行掃描。掃描方式有指定頻點掃描、中心頻點掃描和當前頻點掃描。

6）多樣化的報警方式

系統具有多樣化的報警功能。不僅有常用的語音、標題欄、日志和數據庫報警等，還有新穎的網絡、觸發錄像和SNMP報警的功能。

7）數據庫的管理

為方便用戶的故障定點分析和報表的生成，數據庫具有全面的人性化功能，包括錄像、故障和歷史的記錄，還可對操作記錄進行查找、刪除和打印。

8）用戶管理權限

系統可設置兩種權限的用戶：管理員和會員。管理員具有修改和刪除等高級權限的操作資格，而會員僅具有查詢的資格。這樣便于管理，保證了系統的安全性，可使責任與權力集中劃分。

4 技術實現

4.1 系統組成

1）嵌入式機箱。配備2臺BHC2000 2U嵌入式機箱，安裝8塊BHQA68多通道DVB-C有線數字電視監測解擾卡。每臺2U機箱可插4塊各類板卡，采用相應的接口背板，橫插式板卡后裝載可熱插拔，由BHP1000冗余熱備份電源直流供電。

2）嵌入式電源。配置1臺BHP1000冗余熱備份電源，配置3個150W電源模塊，實現了2+1冗余熱備份的同時，提供了完全并聯的12 V直流輸出，可與輸入接口為直流電源的機箱配合使用。

3）多通道DVB-C有線數字電視監測解擾卡。配置7塊BHQA68多通道DVB-C有線數字電視監測解擾卡，對28個QAM頻點進行實時監測解擾等功能。

4）多畫面顯示監測報警系統。配備3套多畫面顯示實時監測報警系統，1套多畫面顯示輪巡監測報警系統。用于完成高標清電視節目的實時、輪巡監測報警、多畫面組合顯示全程錄像等功能。采用HDMI，VGA和DVI等接口輸出，顯示分辨率高達1 920×1 080。可以任意選擇TS over IP組播碼流，任意選擇節目，進行畫面組合監聽、監看和監測。

5）碼流分析系統。配置1套碼流分析系統，匯總所有監測信號的傳輸指標、碼流監測數據和故障報警信息，集中監管和報警。監測基本信息監測包括PSI/SI表間隔、網絡ID和名稱、TS包長度、TS組成、節目占用帶寬、空包占用帶寬有效碼率、系統碼率、傳輸流ID和PID數量。

蘭州高標清數字電視節目監測系統工作流程如圖1所示。

圖1 蘭州高標清數字電視節目監測系統工作流程

4.2 系統工作流程

高清、標清共計26個QAM信號，進入2臺嵌入式機箱。機箱內共裝有7塊嵌入式監測板卡。QAM信號過監測板卡的解調、信道指標監測、碼流分析告警、解擾后從機箱以TS over IP打包的方式輸出到網絡交換機。隨后，網絡交換機把處理后的信號分別分配給3套多畫面顯示實時監測系統，1套多畫面顯示輪巡監測系統和1套碼流分析系統。各個系統對接收到的信號進行分析處理，完成各自的功能。多畫面顯示系統輸出HDMI，DVI，VGA信號到監測屏幕墻，進行監看。碼流分析系統輸出信號給操作臺的顯示器，進行監看。操作臺可對實時監測報警系統、碼流分析系統、多畫面顯示輪巡監測系統進行手工操作和查看。

5 總結

甘肅省廣播電視網絡公司高標清數字電視節目監測系統在近兩年的實際運行中，突顯了極高的安全穩定性。由于其采用自動化監測，與傳統的人工監測相比，大大減少了值班人員的負擔。而且經測試，播出指標完全達到了國家廣電技術標準。高標清兼容、實時輪巡相結合的系統設計，不僅在最大程度上保障了安全播出，而且有效控制了成本。無論是對于當前的日常維護，還是日后的系統擴容升級，都提供了有利條件。本監測系統適用于對安全播出有嚴格要求且需要成本控制的廣播電視監測系統上，對國內廣播電視高標清監測系統建設具有參考價值。

[1] 廖洪濤.數字電視業務支撐系統[M].2版.北京：電子工業出版社，2011.

[2]數字電視國家工程實驗室（北京）.數字電視前端系統[M].北京：科學出版社，2012.

[3] 趙增援，董秋林.電臺播出機房各節目監測的一種解決方式[J].電聲技術，2011，35（8）：79-81.

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2014-09-10

【本文獻信息】梁旭文.蘭州高標清數字電視節目監測系統的設計[J].電視技術，2014，38（24）.