一致性比對系統在廣播電視行業中的應用探討

鄭 輝

（陜西廣電融媒體集團播出部，陜西 西安 710061）

0 引言

隨著技術的迭代和廣播電視系統的不斷復雜化，安全播出面臨前所未有的挑戰。傳統監測手段存在報警準確性不高、監測需求多、難以監測異態信號等問題，已無法滿足實際需求[1]。

在此背景下，一致性比對系統應運而生，成為廣播電視行業應對安全播出挑戰的關鍵工具。該系統以先進的設計理念和技術手段為基礎，提供了一套更為準確、高效的智能監控應急方法。通過對播出鏈路和傳輸鏈路的關鍵節點進行音視頻質量監測和內容一致性比對，系統能夠檢測各種常規和非常規異態信號，同時能夠對比不同節點的同一信源或主備信源的內容一致性問題。這使得系統能夠全面、快速、準確地發出警報，確保在安全播出過程中不發生漏報、虛報、誤報的情況[2]。

1 廣播電視安全播出現狀

隨著廣播電視系統的復雜度不斷增加，安全播出面臨日益嚴峻的考驗。目前，播出系統普遍存在以下問題。

第一，報警準確性不高。根據經驗設定的報警門限會使監測系統產生大量虛警，降低了值班人員對報警的敏感性，同時也增加了值班人員的工作負擔。為了減少虛警，大多數播出系統采取報警延時策略，延長了報警檢測周期。但是，這一做法帶來了新問題，即報警無法被及時發現。值班人員在延遲的時間內可能錯過一些重要的報警信息，無法快速響應異常情況[3]。

第二，監看任務繁多。值班人員需要監看大量節目，對異常情況的辨別分析步驟繁多。在這種情況下，值班人員容易疲勞，可能出現錯誤判斷。

第三，信號異態難以監測。傳統內容層監測方法很難準確辨別音視頻異態，如馬賽克、環播、拉條等。這種情況下監測系統難以做出反應和判斷。

第四，流程復雜。應急響應流程復雜，使得故障應急的時效性受到顯著影響。每一步應急操作都需要人為確認，導致應急時間延長。

2 一致性比對系統設計

2.1 系統總體架構設計

整個系統的架構設計以功能實現為基礎，劃分為4 個關鍵層次，自底向上分別是采集接入層、數據分析層、業務匯聚層及應用展示層，系統總體架構如圖1 所示。

圖1 系統總體架構

2.1.1 采集接入層

系統采用全面的網際互連協議（Internet Protocol，IP）化設計，其中位于信號接入層的監測設備負責對音視頻信號數據進行IP 化處理。這一層的設備通過統一的協議將信號分析數據傳輸至系統的監測分析層。

2.1.2 數據分析層

數據分析層包含信號智能分析系統和轉碼收錄系統，負責處理從采集接入層傳來的音視頻信號數據。智能分析系統負責分析信號質量，能夠準確判斷各節點的信號質量。此層還負責將節目異常數據上傳至應急監管終端，可多畫面監看。

2.1.3 業務匯聚層

業務匯聚層是系統的核心，用于集中處理來自數據分析層的信息。在這一層，各種監測數據和分析結果會被綜合，形成全面的信號質量監測報告。這一層同時負責協調系統的各個子系統，確保它們能夠協同工作，為后續的應用展示提供支持。

2.1.4 應用展示層

應用展示層通過Web 呈現、大屏展示、應急切換處理等形式，將系統的分析結果呈現給用戶，使得用戶能夠直觀地了解系統的運行狀態和信號質量。這一層的設計注重用戶友好性，提供直觀且易于理解的界面，以方便用戶對系統進行監控和管理。

2.2 系統功能實現

2.2.1 信號采集與監測

信號采集功能模塊的設計充分考慮了系統鏈路特點和不同信號類型的需求，以確保在滿足內容一致性比對和自動倒換的要求下，能夠覆蓋系統的關鍵節點。該功能模塊的實現涵蓋了信號采集、幀級音視頻特征值提取、異態監測以及信號的編轉碼輸出等關鍵步驟，為后續的監測、對比、收錄存儲提供了有力支持。

第一，全面適應性。該模塊能夠根據系統的需求，靈活處理不同的信號格式，包括但不限于串行數字接口（Serial Digital Interface，SDI）、異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）、TS over IP、ST2110 及DVB-C 等，確保系統在整個播控和傳輸系統中的廣泛應用。

第二，關鍵節點覆蓋。系統的信號采集設備經過精心設計，覆蓋了系統中的關鍵節點。這使得在同一鏈路的不同節點或相同內容的不同鏈路之間進行比對成為可能。

第三，內容一致性比對支持。信號采集模塊不僅負責采集信號，還能提取幀級音視頻特征值，為后續的內容一致性比對提供了關鍵數據支持。這使得系統能夠準確地檢測出各種常規和非常規的異態信號。

第四，編轉碼輸出。采集的信號經過編轉碼處理后輸出，用于監測、對比及存儲。這一步確保了采集的信號能夠被系統的其他模塊充分利用，實現全面的信號分析和處理。

2.2.2 特征值提取

特征值作為一組能夠完整表征視頻圖像內容或音頻內容的數據，通過算法從音視頻中提取，為信號間的一致性比對提供了基礎數據[4]。

2.2.3 一致性比對

一致性比對作為系統的核心功能，涉及信號間的比對過程。在進行比對前，系統首先設計比對關系，將需要比對的信號進行兩兩分組。通過比對服務器對兩個信號進行同步后，實現逐幀比對。

第一，常規異態檢測。通過一致性比對，系統能夠快速判斷音視頻異態并發出報警。相較于單路判斷，采用實時音視頻比對可在1 s內實現異態定位。這種方法的準確率遠大于單路監測，有效提高了對異態的敏感性[5]。

第二，音視頻深層異態檢測。系統通過比對信號音視頻差異進行精確量化評估，能夠準確捕捉比對信號之間的微小差異。這使得系統能夠快速判斷信號播錯、非法插播等情況，從而提高了對于異常情況的檢測精度。

第三，虛警誤報過濾。在一些特殊節目播出過程中，系統通過全鏈路相關性分析，結合可靠的參考源，能夠判斷節目的一致性。特別是在一致性的基礎上，系統通過虛警誤報過濾機制，能夠識別并過濾由特殊情況引起的誤報，確保不會漏報異常情況。

2.2.4 智能應急切換

智能應急切換作為一致性比對系統的重要組成部分，通過協議和切換設備的緊密對接，實現了遠程管控功能。系統通過控制多選一切換設備，能夠在出現異常情況時迅速實施應急切換，而切換策略可以通過管理平臺進行靈活設置。

第一，無縫對接。智能應急切換通過與切換設備無縫對接，實現了高效的遠程管控。這使得系統能夠在發生異常時快速做出響應，提高了應急切換的效率。

第二，切換設備控制。通過控制多選一切換設備，系統能夠靈活切換不同的信號源，為在異常情況下從多個備選信號中選擇最優信號提供了可靠手段。

第三，自定義切換策略。切換策略可以通過管理平臺進行自定義。用戶可以根據實際需求靈活配置切換條件和切換行為，使系統更符合特定場景下的應急需求。

第四，一致性比對結合信號質量檢測。智能應急切換結合了一致性比對和信號質量檢測，能夠提供更準確的判斷結論。系統不僅能夠迅速檢測到信號異常，還可以即時上報異常情況并執行事先設定的應急切換策略。

2.2.5 收錄存儲

收錄子系統在一致性比對系統中承擔著對被監測信號的多節點集中、統一收錄和存儲的關鍵任務。通過管理平臺，用戶可以方便地進行收錄任務管理、錄像查看和下載等操作。

3 一致性比對系統的應用

3.1 在播出系統中的應用

在對單鏈路信號進行實時異態檢測的同時，對主、備播出信號進行一致性對比，以確保信號的一致性。其中，播出系統一致性比對示意圖如圖2所示。在這個過程中，系統與應急切換開關進行無縫對接，以實現對異常情況的及時響應與處理。

圖2 播出系統一致性比對

3.1.1 信號采集與實時異態檢測

在播出系統的最后一級應急切換之前，系統通過精準采集主、備播出信號，保證了對所有信號的全面監測。同時，對單鏈路信號進行實時異態檢測，確保及時捕獲異常情況。

3.1.2 主、備播出信號一致性對比

一致性比對系統在實時異態檢測的基礎上，對主、備播出信號進行一致性比對。這個步驟確保了在應急切換前，主、備信號之間的內容完全一致，為平滑切換奠定了堅實基礎。

3.1.3 無縫對接應急切換開關

一致性比對系統與應急切換開關緊密對接，以確保在出現異常情況時能夠迅速觸發應急切換操作。這樣的設計使系統更智能、響應更迅速。

3.1.4 及時進行應急處理操作

當一致性比對系統上報告警時，系統能夠及時進行相應的應急處理操作，包括但不限于切換到備用信號源，以保障廣播電視的連續性和穩定性。

3.2 在傳輸系統中的應用

在傳輸系統中，一致性比對系統的應用涵蓋了信源端和編碼復用末級兩個關鍵環節。通過采集主、備信號，系統實現了對多個采集點信號的兩兩比對。傳輸系統一致性比對如圖3 所示。

圖3 傳輸系統一致性比對

3.2.1 信號采集比對的必要性

在信源端和編碼復用末級進行信號采集比對至關重要。由于編碼輸出信號存在延時，通過提前檢測信源出現的問題，可以及時處理，從而有效縮短事故時間，甚至避免發生播出事故。

3.2.2 多環節信號兩兩比對

一致性比對系統通過對多個采集點信號進行兩兩比對，能夠全面監測主、備信號之間的一致性。

3.2.3 故障預判與及時處理

由于編碼的延時特性，一致性比對系統在信源出現問題時能夠提前發現故障，為及時處理提供了有力支持，有助于減少故障對整個傳輸系統的影響。

3.2.4 檢測編碼環節故障

一致性比對系統通過比對編碼后的信號，能夠檢測編碼環節存在的故障，包括編碼后音畫不同步、編碼后圖像質量差、局部馬賽克及卡頓等問題。

3.2.5 減少誤報與虛報

一致性比對系統不僅能夠檢測傳統監測手段容易誤報或虛報的問題，如靜幀、靜音、黑場、彩條等，還能減少特定情形下的誤報與虛報，提高了報警的準確性。

4 結語

隨著廣播電視行業的不斷發展，廣播電視安全播出環境面臨的潛在風險越來越多，給廣電行業播出機構帶來更嚴峻的挑戰。在此背景下，一致性比對系統以其獨特的設計理念，為廣播電視安全播出提供了全方位的解決方案。該系統通過深層次的信號異態檢測、特征值比對、內容關聯性分析、故障邏輯判斷及智能應急切換等技術手段，完全契合廣播電視安全播出的需求。其先進的功能包括但不限于智能化的監控應急方法，通過人性化的交互界面，實現了廣播電視播出的智能化、自動化應急管理。