衛星電視監測系統網絡智能化

李 彬，劉樂云，咼漪翎，倪浩耿

（上海廣播電視衛星地球站，上海 201114）

0 引言

上海廣播電視衛星地球站承擔著上星播出傳輸任務，有10個衛星載波，6個標清頻道、3個廣播、22個高清頻道、1個超高清4K節目，共計288個節點的監測，如果使用傳統的接收、顯示設備，還原數字基帶信號，所需的設備是海量的，無法滿足實時監測，快速、準確判斷故障點。上海地球站監測系統采用了全網絡化方式，對各節點信號從圖像層、碼流層、調制層的實時監測、收錄。上海地球站監測系統網絡架構中，使用的設備有：采集監測板卡、網絡交換機、服務器和其他周邊設備。

圖1 監測系統框圖

1 設備架構功能

1.1 板卡

采集監測板卡分為：ASI、RF、HDMI和SDI采集監測板卡，使用多通道模式對輸入信號進行實時監測、分析和網路組播轉發。該采集監測板卡提供ASI分析、碼流結構分析、PSI/SI表格分析、碼率分析、PCR分析、射頻分析、TR1290報警、節目轉發等多種功能。用戶可以通過網絡方便地獲取分析報警結果、監看并進行相關配置。板卡自帶CAM卡接口，可實現解密功能（需配備相應CAM卡）。板卡采用多通道、高集成化、模塊化、網絡化處理方式，替代原有的衛星接收機、信號處理器等設備，節省了設備成本提高了使用效率，為監測智慧化提供了扎實的基礎。

圖2 RF/ASI采集監測板卡

圖3 SDI采集監測板卡

1.2 交換機

網絡化系統構架采用全IP化，把信號接入層的各類監測板卡將基帶信號數據IP化之后，將數據送多畫面服務器，并通過語音報警系統和轉碼收錄系統。

網絡交換機主要功能包括物理尋址、網絡拓撲、錯誤檢查、幀序列和流量控制。支持VLAN（虛擬局域網）與鏈路聚合，甚至還有一些具有防火墻功能。除了能夠連接到相同類型的網絡之外，交換機還可以在不同類型的網絡之間互連。網絡交換機之間的連接有3種重要的技術：級聯、堆疊和集群。

（1）級聯技術：實現多臺交換機之間的互連；級聯擴展模式是最常見的一種端口和距離擴展方式，一種是如果交換機備有“UpLink（級聯）”端口，則可直接采用這個端口進行級聯；這種級聯方式性能比較好，帶寬比較高；級聯網線必須是直通線，每段網線不能超過雙絞線單段最大長度100m。

（2）堆疊技術：將多臺交換機組成一個單元，從而增大端口密度和提高端口的性能。流行的堆疊模式主要有兩種：鏈型模式和星型模式。堆疊技術的最大優點就是提供簡化的本地管理，將一組交換機作為一個對象來管理。

（3）集群技術：將相互連接的多臺交換機作為一個邏輯設備進行管理，從而大大降低了網絡管理成本，簡化管理操作。

上海地球站監測系統采用堆疊技術方式，將多臺固定配置的交換機堆疊在一起可以用菊花鏈式堆疊方式，把交換機一臺一臺的串聯起來，首尾兩臺交換機之間再連接一條堆疊電纜作為連接冗余。這個首尾交換機之間的冗余是非常重要的，如果中間某一臺交換機發生硬件故障，它可以保證網絡暢通。固定配置的堆疊式交換機看起來就像一臺交換機，當正確的連上后，一條鏈路上的堆疊交換機對于網絡管理員來說就如同一臺單一的交換機，通過單獨的管理口可以管理所有交換機和端口。

圖4 堆疊交換機

網絡傳輸中TCP/IP有3種傳送方式：單播、廣播、組播。上海地球站監測系統基于3種網絡傳輸方式特點，采用了組播方式。組播傳輸可以增強報文發送效率，控制網絡流量，減少服務器和CPU負載；優化網絡性能，消除流量冗余；適應分布式應用，當接收者數量發生變化時，網絡流量的波動很平穩。組播傳輸提高了數據傳送效率，減少了網絡出現擁塞的可能性。

圖5 網絡系統框圖

1.3 服務器

根據服務器所提供的服務，一般來說服務器都具備承擔響應服務請求、承擔服務、保障服務的能力。監測系統的服務器包括多畫面服務器、觸屏服務器、邏輯中心服務器、BS數據庫服務器、BS客戶端服務器、語音報警服務器、錄制服務器。上海地球站服務器主機采用標準2U機架式機箱，支持雙電源冗余、雙風扇、可熱插拔；單電源供電時，該設備也可正常工作。

多畫面服務器中使用的多畫面監測報警系統支持標清、高清混播，能在多個TS流中任選多套節目，節目畫面的位置大小可任意比例調整排列。提供彩色音頻VU表，支持雙聲道、5.1聲道音頻顯示。對節目的監看可以采用輪詢監看以及重點節目單獨監看的方式。在節目輪詢選擇時，畫面不會產生中斷。采用優化算法，極大降低系統資源，保證系統穩定運行。通過時碼轉換器，服務器之間使用統一時間源，實現時間同步功能，更好地保障系統穩定運行，并且為系統維護帶來很大益處。系統軟件支持的內容層告警類型包括：黑場（支持區域檢測）、靜幀、彩條、臺標丟失、無聲、音量過高、音量過低、音頻丟失、視頻丟失、音頻解碼錯、音頻加密、視頻加密、碼率過低、網絡丟失、靜幀報警、單色報警、無聲靜幀。

圖6 報警示例

通過BS進行報警過濾功能配置，配置內容包括節目列表、時間段和報警類型。時間段設置可以支持按天或者按照周，可以指定起始日期和結束日期，以及開始時間和結束時間。報警類型包括多畫面自身檢測的告警，以及板卡上發出的射頻報警和碼流層報警。各個節目的各種報警開關、報警門限、報警敏感度，監測的聲道數目均可獨立設置。系統實現了語音、OSD、標題欄閃爍、觸發錄像等多種報警方式，并可對報警記錄進行統計查詢。

語音報警服務器將通過IP網絡匯總來自多個監測前端發送的報警信息，基于監管平臺下發的頻道優先級、監測點優先級、報警優先級等配置經過邏輯處理后再進行語音報警。對報警信息和報警規則自定義，可自動時間文字轉語音輸出，可根據報警信息自動生成語音，不需要再錄音錄制?？梢灾付ㄕZ音報警服務規則，指定可以通過語音報警服務進行報警提示的頻道信息和報警類型信息，可對頻道進行優先級配置，語音報警服務會更及時的播報高優先級頻道當前報警信息。上海地球站對語音報警軟件配置了獨立的策略判斷功能，可根據不同的邏輯策略組合，智能分析信號異常情況，精準判斷是否具備應急操作條件，并提供獨特語音報警提示。

2 新趨勢

為解決安全播出上的困擾：安全播出事故等級，實現“降低安全播出事故等級，提高安全播出生產水平”的目標。從全方位入手，無須局限于采集、編輯、播出、調度、編碼、調制等方面，采用數字化、網絡化、自動化的系統構架，無論是播出系統、前端系統、衛星上行系統設備問題，所引起的基帶信號、編碼信號、調制信號出現異常，基于全網絡架構的系統設備，會自動判斷智能分析最佳應急方式，實現自動應急操作，減少在系統異常時，由于人工分析判斷應急所花時間和其他人為因素，造成安全播出事故等級提高。在不久的將來，將會出現一位全天候、不受外界影響、不知疲倦、時刻高度警惕、經驗豐富的安全播出“智能播出值機員”，為廣播電視安全播出保駕護航。

3 結束語

根據廣播電視業務在安全播出應急以及安全播出管理兩方面的現實需求，落實國家廣電總局提出的“安播零事故，傳輸高質量；國家利益高于一切，安播責任重于泰山”的目標方針，智能化監管必將全面實施。基于全網絡化的監測系統，采用全IP化信號接入各類監測采集板卡將各種信號數據IP化之后，連同信號分析數據送入監測分析層，信號智能分析和轉碼收錄一體化，智能分析匯總信號質量、監測數據和相關性分析數據后，通過智能分析準確判斷并將節目異常數據上報應急監管終端，分別用于Web呈現、大屏展示、應急切換處理，這將解決目前在安全播出上的困擾，實現“降低安全播出差錯率和事故等級，提高安全播出運行與管理水平”的目標。