淺談基于畫面云實現高清頻道的監測

張慧鵬

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215006）

淺談基于畫面云實現高清頻道的監測

張慧鵬

（江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司，江蘇 蘇州 215006）

隨著高清頻道數量的不斷增加，現有的監測系統已不能滿足當前需求，同時也對新的監測系統提出了更新、更高的要求。結合江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司的實際情況，介紹了在現有監測系統的基礎上，采用基于畫面云方式實現對高清頻道的監測及大屏顯示，該方案可解決大量高標清頻道同播后大屏顯示數量不夠的問題。

畫面云；H.264；高清頻道；系統擴容

隨著廣電事業的不斷發展，江蘇省廣電有線信息網絡股份有限公司蘇州分公司（下文簡稱“蘇州有線”）電視前端系統傳輸的標清電視頻道有150套以上，高清電視頻道有20套以上，數字音頻廣播有20套以上，因為高清電視頻道的數量不斷增加，以后高標清同播的頻道數量日益增加，為日常安全播出監測工作提出了挑戰。

1 現狀分析

現有的多畫面監測采用TrinityAres-Display多畫面監測報警系統，基于TS over IP技術，通過QAM解調板卡統一進行射頻信號的解調解密，監測主機按照頻道順序進行監測并通過VGA接口在對應的大屏上進行顯示，支持對廣播電視頻道的內容監測、多畫面組合顯示、轉碼錄像等功能。在高清電視頻道還未普及的時候，標清電視頻道的監測和大屏顯示都比較靈活。

目前蘇州前端共轉播高清電視頻道24套（其中包含MPEG-2高清頻道10套，H.264高清頻道14套），共使用3臺服務器和1塊大屏進行輪詢監看監測，每臺服務器監測8套高清節目。隨著央視2臺、7臺、10臺及其他衛視的高清頻道不斷上星傳輸，目前已知和有可能上星的高清頻道還有約20套，將來還有其他不斷增加的高清頻道，隨著這些高清頻道的不斷上線，由于監看大屏數量有限，增加的高清節目如何顯示是一個亟待解決的問題。

新增的高清頻道基本采用H.264編碼格式，相較MPEG-2編碼格式，H.264編碼格式為了提高壓縮率，大量采用了幀內預測、可變塊大小的運動補償、1/4像素精度的運動矢量、整數4×4變換、切換條帶、上下文自適應二進制算術編碼等技術，一方面使H.264編碼格式提供了比MPEG-2更高的壓縮率，但另一方面，算法的復雜導致了H.264編碼的解碼需要耗費更多的資源，單臺多畫面監測服務器所能監測的節目數量十分有限，因此需要更多的設備、更高的配置、更多的大屏去實現高清H.264節目的多畫面監測，這與有限的大屏幕資源存在矛盾，因而限制了對高清節目的監測，影響了播出機房對高清節目的實時監測。

2 實現及應用

2.1 方案設計

受傳統的畫面合成器啟發，既然一個屏幕所能顯示的畫面數量有限，那么將幾個屏幕上的畫面合成輸出到一個屏幕上便可解決此問題。而傳統的畫面合成器合成后的分辨率較低，而且需要新增加設備，需要重新布線，沒有現有的多畫面監測方法靈活，使用效果不理想。

隨著云計算、云服務的不斷發展，現在已有視頻云的概念被提出。視頻云是基于云計算技術的理念，采用視頻作為“云端”向“終端”呈現處理結果的一種云計算方案。應用在云端服務器上運行，將運行的顯示輸出、聲音輸出編碼后經過網絡實時傳輸給終端，終端進行實時解碼后顯示輸出。終端同時可以進行操作，經過網絡將操作控制信息實時傳送給云端應用運行平臺進行應用控制，終端“精簡”為僅提供網絡能力、視頻解碼能力和人機交互能力。

考慮到目前整體傳輸鏈路正在向全IP化過度，在監測系統已經實現部分IP化的情況下，類似于視頻云計算的概念將傳統多畫面監測設備分解為監測“云端”和顯示“終端”，顯示系統考慮也實現IP化，在IP層面實現多臺設備畫面的疊加，使得監測系統也能完美融入播出系統的整體架構之中。

基于以上考慮，系統大致可分為以下3個子系統：

1）信號接入子系統；

2）多畫面顯示報警系統；

3）畫面云顯示系統。

具體的系統結構如圖1所示。

圖1 系統結構圖

2.2 信號接入子系統

信號接入子系統將機房內高清信源信號、高清QAM信號實現IP化，便于對各類信號中高清節目的調度。

針對各類信號，選擇相應的信號接入設備，在實現信號IP化的同時，對傳輸流的三級錯誤指標、末端射頻信號的指標信號質量進行檢測和測量。

由于信號接入子系統是整個系統最基礎的部分，一旦發生問題，整個系統將無法正常工作，因此，信號接入系統的穩定性十分重要。目前采用的信號接入子系統采用了以下3個辦法提高穩定性：

1）設備和電源物理隔離

在系統中，電源的發熱量是最多的，在長時間使用的情況下會導致電源發熱過多，而電源的發熱會對設備造成不利影響，因此將設備和電源物理隔離，可以有效規避這種情況的發生。

2）采用直流電供電

由于信號接入子系統不僅要實現信號的IP化，還要對信號指標進行測量，對環境要求相對較高。如果采用傳統的交流供電模塊，交流電的電磁特性會對指標測量造成不利影響，因此，通過電源轉換模塊，將交流電變為直流電后，再對設備進行供電可以避免交流電的影響。

3）多冗余電源架構

在信號接入子系統中，電源發生故障的概率最高。常見的多電源冗余為1+1，為了確保系統在極端情況下仍然可以正常運行，可采用2+1冗余電源。

2.3 多畫面顯示報警系統

多畫面顯示報警系統接收IP化后的節目信號，通過其完成對節目內容的實時監測、報警，同時提供節目錄像，以供事后分析使用。在傳統監測系統中，多畫面顯示報警系統輸出的是VGA/DVI/HDMI等視頻信號，直接接到大屏顯示器上進行顯示。如前文所提，此種方法需要大量大屏幕顯示器得以實現，就現階段機房屏幕墻而言，傳統方式已不能滿足要求。新系統中，服務器直接輸出節目多畫面信息的IP信號，通過IP層面的畫面拼接后輸出給畫面云顯示系統。

系統發現故障之后，還要有切實可靠的報警功能，使相關人員能夠及時了解相關信息，為此，需要加入強大的報警功能。報警功能應具備各種方式的報警，同時可通過相關途徑傳達到對應的負責人處。

通過對目前市面上各類設備的調研分析，完善的報警子系統應該具備：聲音報警、光電報警、短信報警、郵件報警、電話報警等多種方式。

聲音報警/光電報警主要針對現場有值班人員的情況，通過聲音、光電提示值班人員系統有故障；對于相對比較嚴重的報警，則采用短信、郵件的方式通知到相關人員；而對于非常嚴重的報警，則需要通過電話的方式通知到相關人員以及主管領導，確保能夠在第一時間內確定故障解決方案。當然，系統也應該能夠制定歸并和規避的報警規則，規避屏蔽冗余報警信息，實現智能報警。

2.4 畫面云顯示系統

畫面云顯示系統（見圖2）接收拼接后的畫面拼接IP流，通過其解碼為HDMI信號，顯示到大屏幕顯示器上，從而實現較多高清節目信號在同一塊大屏幕上進行顯示的目的。

由于所有信息經過再處理，需要特別的技術實現音畫同步，達到完美的顯示效果。畫面云顯示系統主要優勢體現在以下幾個方面：

1）不需專門的顯卡，普通服務器即可進行畫面云顯示。

機房中監測服務器為2007年投入使用，顯卡損壞之后，市場上已沒有同樣型號的顯卡可供更換，只能采用替換型號，效果不是很好且影響監測系統服務器的性能。此外，所有監測系統服務器替換為刀片、單刀后性能得到良好提升，可以有效地節約機房機架空間。

圖2 畫面云顯示示意圖

2）不需矩陣，可靈活地實現基于IP的畫面、屏幕的調度。

機房中之前使用的監測系統，電視墻上的顯示格局是固化的，服務器與大屏電視之間存在一一對應的關系，格局調整十分不便，而使用畫面云顯示系統之后，可以實現各臺服務器監測內容的靈活調度，比較方便。

3）不限性能，高清頻道增加時只需擴展監測服務器即可。

對于采用服務器集群的單位，此種方式優勢更為突出。在監測系統服務器能力有冗余的情況下，當需要監測的高清頻道數量增加不多時，僅需要擴展畫面云服務器端即可，無需額外增加大屏；當需要改變大屏顯示時，僅改變顯示終端數量即可。

4）不限距離，長距離上屏時視音頻線纜布線工作量降低70%以上。

由于新機房規劃的設備機房與日常監測機房完全分離且距離較遠，使用傳統的延長器存在瓶頸且效果不佳。采用畫面云顯示系統可以有效解決此問題，而且布線量降低，有利于系統的施工、維護。

3 系統測試

針對畫面云顯示系統，需要關注的主要是延時問題、畫面清晰度以及支持高清節目的數量這3點。

1）系統延時測試

系統延時測試系統見圖3。

圖3 系統延時測試系統圖

測試方法：通過比較機頂盒輸出的節目畫面與畫面云顯示系統輸出的節目畫面進行比較，長時間運行，多時、多次觀察兩個系統輸出畫面的延時情況（可以通過兩個系統的顯示時間）。

期望結果：延時情況在可接受范圍（1 s以內）。

2）畫面清晰度測試

畫面清晰度測試系統見圖4。

圖4 畫面清晰度測試系統圖

測試方法：比較畫面云顯示系統不同輸出分辨率情況下的畫面情況，對比機頂盒輸出節目畫面，觀察畫面顯示情況。

期望結果：不同的分辨率顯示正常且畫面清晰度在主觀評測下在可接受范圍。

3）單屏幕支持高清節目數量測試

單屏幕支持高清節目數量測試系統見圖5。

圖5 單屏幕支持高清節目數量測試系統圖

測試方法：逐步增加畫面云顯示系統輸出的節目數量，多次反復測試得到極限數值。

期望結果：單屏幕高清節目支持數量≥32。

以上只是針對畫面云顯示系統較為重要的方面進行的幾點測試，僅供參考。

4 結語

基于畫面云方式，實現了高清頻道監測系統擴容升級，本文對系統方案的構建思路及應用展望進行了簡要闡釋，筆者也對市面上相關的廠家設備進行了大量調研工作，已有比較成熟的產品能夠實現文中提及的大部分功能，文中提及的思路和想法可供廣大兄弟單位以及相關的設備廠商參考。

[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]ISO，IEC.ISO/IEC 14496-10，Information technology-coding of audio-visual objects-part 10：advanced video coding[S].2012.

[3]西剎子.安防天下：智能網絡視頻監控技術詳解與實踐[M].北京：清華大學出版社，2010.

責任編輯：時 雯

TN948

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10.16280/j.videoe.2015.08.019

2015-03-02

【本文獻信息】張慧鵬.淺談基于畫面云實現高清頻道的監測[J].電視技術，2015，39（8）.