淺談廣播電視衛星地球站音視頻監測系統原理與應用

摘要：本文概述了廣播電視衛星地球站音視頻監測系統的重要性和發展現狀，探討了音視頻監測系統的結構、原理與功能，介紹了音視頻監測系統運行的告警原理和實現手段，以及如何根據廣播電視節目的需要進行具體配置。

關鍵詞：廣播電視;衛星地球站;音視頻監測;智能化;自動化

隨著廣播電視技術的迅猛發展，衛星數字電視日益普及，廣播電視的收聽收看方式與內容逐漸多樣化。從傳輸覆蓋媒介上看，廣播電視有衛星、有線、微波、互聯網絡、移動網絡等多種傳播方式。目前，廣播電視衛星傳輸手段仍然是廣播電視傳輸最便捷、最可靠、最普及的的手段。

廣播電視作為人們日常生活中獲取新聞、消息和消遣的一種基本需求，它的信號傳輸覆蓋范圍和質量關系到國家層面的媒體信息傳播能力，是黨和國家的聲音傳入千家萬戶的基本保障。

為了保證消費者的體驗，保證國家政令暢通，廣播電視節目的營運自然要追求高可靠性和高安全性。音視頻監測系統的主要目標就是保證各類廣播電視播出信號的傳播內容安全和傳輸質量安全，從而實現廣播電視業務安全播出這一根本目標。

1.衛星地球站音視頻監測系統功能介紹

音視頻監測系統的重要功能是及時進行異態報警。智能化和自動化是監測系統的發展目標。在安全播出監測過程中，監測系統可以自動發現播出過程中的異態。比如內容層面可以有效發現畫面黑場、靜幀、馬賽克、聲音丟失等錯誤，傳輸層面可以對照標準有效發現傳輸延時越界、碼率抖動越界等錯誤。

可視化顯示是安全播出監測的重要方面。信號、內容、網絡、設備、報警等多種信息均需要在大屏上呈現。大屏顯示不僅讓抽象的信息可視化，同時也是協同分析會商的有效工具。

衛星地球站可視化信號監測系統，針對地球站的業務特點，對衛星節目的信源環節、中間傳輸環節以及衛星下行環節進行實時全面的監測。通過對各環節信號的信道質量、信號頻譜、視音頻質量、以及上行和下行接收信號的碼流內容比對達到安全覆蓋的目的。

在音視頻監測系統中，廣播電視信號提取方面，衛星接收天線接收到衛星信號后輸出射頻信號到衛星接收機或其他接收設備，接收設備對射頻信號進行解調輸出ASI流，ASI流包含多路復用的TS流或單路TS清流，ASI流的采集可以直接用ASI采集卡采集，也可以輸出到解復用設備解成TS清流后組播輸出。目前在衛星地球站普遍使用的是第二種方法。音視頻監測系統就是針對解復用組播輸出的TS清流進行解碼、分析、判斷和報警。

2.衛星地球站音視頻監測系統結構介紹

目前的音視頻監測系統主要分為6個系統模塊：信號接收系統、監測顯示系統、管理系統、轉碼存儲系統、集中報警系統、網絡系統。

信號接收系統負責接收電視信號，并將信號轉換成可監測和轉碼存儲的數據，分別供音視頻監測顯示子系統和轉碼子系統使用。數字衛星接收機和其他接收設備對接收信號進行解擾，解擾后的碼流作為轉碼存儲系統的輸入，進入核心交換機。

轉碼存儲系統用于轉換數字電視節目的格式，將MPEG2編碼的數字節目通過專用設備轉碼成MPEG4格式的文件，以IP流的形式進入傳輸交換網絡，進行實時發布和存儲，對于單節目的TS流，可直接轉碼為MPEG4文件進行發布和存儲。網絡化的節目傳輸鏈路則可以在各個監測點提取IP節目流進行監測，這也是音視頻監測系統的發展方向。

監測顯示系統用來實時進行音視頻的監聽監看，并實現某個監控節目源的切出獨立顯示。系統可以對監測點顯示的節目可以進行隨意切換。值班人員可以根據需要快速切換出想要監測的畫面和聲音。

集中報警系統通過聲光告警簡寫迅速地顯示告警內容，通常有靜幀、黑場、無伴音等報警功能，通常以文字推送和語音播報的形式顯示報警信息，值班人員可以通過集中報警顯示來查看當前所有音視頻監測報警信息，同時歷史告警數據會記錄到數據庫中，可以進行實時查詢。集中報警系統輔以輪巡多畫顯示能夠更好的實現提示告警，使得值班的工作人員能夠準確、快速的發現故障節目，直觀的了解故障現象，從而準確判斷故障原因，快速進行處理。出現告警時，語音報警服務器會顯示告警，并自動語音播報。告警結束后，告警顯示恢復，語音播報告警恢復。

管理系統幫助實現統計分析、業務配置、數據查詢、報表生成 、系統管理等功能。對于音視頻監測系統一個重要功能是錄像查詢功能，對已經發生的異常情況自動記錄，采用分布式存儲方式，錄像節目存儲于轉碼存儲設備中，同時支持錄像導出。錄像查看可以按頻道和時間進行查詢，支持時間查詢從錄像文件的任意時刻開始。

網絡系統：通過VLAN劃分策略，根據網絡模塊化設計原則及監測系統的業務特點，依照各子系統的功能將整個網絡劃分為若干VLAN。各VLAN內部的數據轉發機制與傳統的二層網絡一致，且不會影響到其他的VLAN;VLAN間的通信將由核心交換機提供的VLAN間三層路由實現。網絡系統幫助實現整個系統的安全運行，能夠有效抑制網絡風暴，避免廣播數據對整個網絡和服務器的資源損耗。

3.衛星地球站音視頻監測系統報警原理

對于一般監測系統，衛星天線接收到廣播電視信號后輸出射頻信號到衛星接收機或其他接收設備，接收設備對射頻信號進行解調輸出ASI形式的TS流，TS流中包含多路復用的TS流或單路TS清流，也可以輸出到解復用設備解成TS清流后組播輸出。音視頻監測報警系統就是針對輸出的TS清流進行解碼、分析、判斷和報警。

報警系統通過分析TS流中的PID信息捕獲音頻碼流，對音頻碼流進行解碼就可以得到原始采樣的音頻數據。音頻數據按不同聲道依次排列。

3.1音頻報警

對于音頻報警，系統按照不同聲道取出的音頻數據就是該聲道的音量值，我們預先設定了音量閾值，如果實際音量值在一段時間內一直保持在我們預先設定的閾值以下，該時間段的音頻就處于靜音狀態。因為可以對不同聲道進行取值，所以靜音報警可以針對每個聲道進行單獨報警。目前，衛星信號中傳輸的音頻數據往往是用同一個PID傳輸兩路音頻信號，左聲道可能是電視伴音，右聲道可能是一路廣播節目。對于這種情況，由于監測對象的不同就要區分不同聲道進行報警。音頻報警類型主要是無伴音告警。

3.2視頻報警

對于視頻報警，系統接收到的視頻數據經過一系列處理解碼后，得到的是每一幀YUV格式的圖像，其中Y代表圖像中像素點的亮度信號，UV是像素點的色差信號。將每幀圖像需要判斷的范圍，除去各種疊加圖像的干擾，分成若干個大小相同的子區域，取每個區域的亮度值Y的總合建成一個m*n的亮度矩陣，通過對亮度矩陣的分析來判斷報警。

視頻報警主要包括黑屏和靜幀告警。亮度矩陣的所有亮度值均小于一個設定的閾值，并持續一個設定的時間段，則該時間段圖像為黑場，報出黑屏報警，如果沒有視頻輸入，那么判定無數據，同時會輸出黑場圖像，也會報出黑屏告警。 對于靜幀報警，如果本幀的亮度矩陣與緩存的前一幀的亮度矩陣相似，也就是說每個對應位置的亮度值都基本相同，那么這兩幀圖像相似。如果一個時間頻段內的視頻信號所有連續的兩幀圖像均相似，那么該時間段內圖像靜幀，報出靜幀報警。

3.3報警組合

當音頻信號出現靜音或者視頻信號出現靜幀或黑場等異常情況時，系統會自動判斷并計時，當異常信號持續一定時長（預先設定的可更改的閾值），系統產生報警。當信號恢復正常后，停止報警。

報警組合有兩種報警類型，一是只有音頻靜音而同時刻沒有視頻報警時產生報警，如：無伴音報警。二是另一種視頻信號異常，同時對音頻信號進行測量產生組合的報警，如：黑場無伴音、黑場有伴音、靜幀無伴音、靜幀有伴音。 需要注意的是，同一時刻只有一種報警存在，例如，如果先報的是靜幀無伴音，如果靜幀結束但無伴音仍然存在，系統將先報靜幀無伴音結束，然后接著報無伴音開始，直到有伴音后再報無伴音結束。

在實際應用中，很多正常節目會出現長時間靜幀或無聲情況，如財經類節目或棋類節目就經常會出現長時間靜止解說畫面。為了避免經常性誤報警，此類節目的報警閾值可以適當的加大，如果普通節目的靜幀閾值設的是10秒，此類節目的閾值可以設為20秒。

監測系統為每個節目的不同報警（靜音、黑場、靜幀）都可以設定閾值，閾值應該根據每個節目的實際情況來專門設定。監測系統為不同的節目設置不同的報警閾值，降低誤報警的幾率。

4.音視頻報警配置原則

音視頻檢測系統的告警配置在每一臺監測報警服務器上，由監測報警服務器將報警推送至集中報警系統、輪巡多畫系統、語音報警服務器等進行不同形式的顯示，如：語音、日志、OSD、數據庫、短信、標題欄、邊框等。

以衛星地球站音視頻監測系統為例，大屏監看顯示服務器收到報警后，通過顯示邊框變色提示告警;語音報警服務收到報警后，會產生相應聲光告警;輪巡多畫系統收到報警后，會彈出節目畫面，顯示報警內容;轉碼服務器收到報警后，如果設置了觸發錄像報警的故障觸發時，系統還會對所有報警節目所在的碼流通道進行錄制。

在具體的設置中，系統支持多種情況下的故障監測，包括黑場、靜幀、視頻丟失、解碼異常、臺標丟失等等視頻故障監測，支持音頻丟失、音量過高、音量過低等音頻故障監測。但是對于衛星地球站來說，對內容的關注度不高，對傳輸質量的關注度較高，因此，衛星地球站音視頻監測系統的告警類型側重于與傳輸質量有關的黑屏、靜幀、無伴音告警。

對于音頻參數，可以對聲道、音頻丟失、音頻加擾、靜音、音量過高、音量過低等項目進行判斷，對于音頻丟失的時長和判斷音頻丟失的電平門限等內容可以根據用戶需要進行設置。對于視頻參數，可以對視頻丟失、視頻加擾、馬賽克、解碼異常、黑場、靜幀、彩條、臺標等視頻故障進行檢測，對故障的持續時間，根據不同節目的實際情況進行設置，部分項目可以精確到每一幀圖像進行檢測。

對所有廣播電視節目，音視頻監測系統根據節目內容和以往監測經驗進行分類，對判決門限設置略有不同。對常常出現靜止畫面的，如棋類節目和節目源容易出現異常的波動節目，門限設置會更寬松;對節目源相對穩定、很少出現音視頻告警的節目，門限設置相對嚴格。

5.結語

廣播電視地球站肩負著大量廣播電視節目的傳輸工作，是黨和國家的喉舌和形象，信號傳輸的質量安全極為重要。音視頻監測系統通過節目傳輸的重要播出節點進行監測和把控，及時發現傳輸問題并針對故障進行報警，使從發射到接收的全鏈路都在監測之內，使專業技術人員可以應對故障進行異態處置，確保了廣播電視信號穩定傳輸，在廣播電視安全傳輸發射中發揮著極其重要的作用。

作者簡介：解林娜（1986-），女，漢，河北，國家廣播電視總局北京地球站，本科，廣播電視衛星傳輸發射。