衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案

+ 吉林省廣播電視衛(wèi)星地球站 魏 立

衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案

+ 吉林省廣播電視衛(wèi)星地球站 魏 立

伴隨著TS OVER IP交換和傳輸技術(shù)在廣播電視技術(shù)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案也有了新的實(shí)現(xiàn)方式，監(jiān)測(cè)功能也有所創(chuàng)新。本文較深入地探討了衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案。

衛(wèi)星廣播電視 監(jiān)測(cè) TS碼流 報(bào)警 碼流錄制

上世紀(jì)90年代，全國(guó)各省級(jí)衛(wèi)視節(jié)目相繼實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化衛(wèi)星傳輸。2000年初，由于非法信號(hào)對(duì)衛(wèi)星廣播電視節(jié) 目播出的干擾，全國(guó)省級(jí)以上廣播電視衛(wèi)星地球站加強(qiáng)了節(jié)目播出的安全監(jiān)測(cè)，主要是以各路信號(hào)源的碼流進(jìn)行分析、衛(wèi)星傳輸信道指標(biāo)以及衛(wèi)星下行接收解調(diào)制后的碼流為主要內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)數(shù)字廣播電視信號(hào)不同層面的監(jiān)測(cè)，來(lái)保證衛(wèi)星數(shù)字廣播電視節(jié)目的安全播出。

然而，十多年后的今天，數(shù)字廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)已有了快速的發(fā)展，同時(shí)各地廣電監(jiān)管部門(mén)加強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電視播出信號(hào)的監(jiān)管力度，衛(wèi)星數(shù)字廣播電視監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)手段更加成熟可靠，監(jiān)測(cè)方案日趨完善，功能上也有了新的拓展，做到了數(shù)字電視播出的質(zhì)量監(jiān)測(cè)、內(nèi)容監(jiān)測(cè)、安全監(jiān)測(cè)和服務(wù)監(jiān)測(cè)一體化。

本文就當(dāng)下衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)方案做如下分析，供此應(yīng)用領(lǐng)域的同行們借鑒。

一、衛(wèi)星廣播電視播出的監(jiān)測(cè)范圍

衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)監(jiān)測(cè)范圍是從信號(hào)源到衛(wèi)星發(fā)射、接收進(jìn)行全區(qū)域、多環(huán)節(jié)、多功能的完整監(jiān)測(cè)；具體從監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)上來(lái)說(shuō)可分為：

1、信號(hào)源監(jiān)測(cè)：針對(duì)不同來(lái)源的SDI基帶信號(hào)；

2、編碼器輸出監(jiān)測(cè)：針對(duì)高清或標(biāo)清編碼器輸出監(jiān)測(cè)；

3、調(diào)制器輸出監(jiān)測(cè)：針對(duì)調(diào)制器輸出的節(jié)目、碼流和RF指標(biāo)監(jiān)測(cè)；

4、高功放輸出監(jiān)測(cè)：針對(duì)高功放調(diào)制輸出射頻指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；

5、衛(wèi)星下行接收的監(jiān)測(cè)：針對(duì)衛(wèi)星下行接收的射頻指標(biāo)及解碼后的TS碼流監(jiān)測(cè)。

二、衛(wèi)星廣播電視播出監(jiān)測(cè)平臺(tái)構(gòu)架的實(shí)現(xiàn)

監(jiān)測(cè)平臺(tái)由設(shè)備層和應(yīng)用層組成，兩者之間采用TS OVER IP交換和傳輸?shù)募夹g(shù)網(wǎng)絡(luò)連接。TS over IP是一種實(shí)現(xiàn)TS（Transport Stream）碼流在IP網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)脑O(shè)備。在三網(wǎng)融合的政策背景下，電視前端直播電視信號(hào)正逐漸由全ASI（異步串行接口）傳輸?shù)饺獻(xiàn)P (網(wǎng)絡(luò)協(xié)議)傳輸過(guò)渡。在市場(chǎng)需求的驅(qū)動(dòng)下，利用IP 傳輸視頻的技術(shù)已日趨成熟。該設(shè)備主要由一個(gè)8bit/10bit解碼串并轉(zhuǎn)換模塊和一個(gè)TCP/IP協(xié)議轉(zhuǎn)換模塊組成，其系統(tǒng)原理如圖1所示。8bit/10bit解碼串并轉(zhuǎn)換模塊將接收到的10bit數(shù)據(jù)還原為原始的8bit數(shù)據(jù)或特殊字符，并將串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為8位并行數(shù)據(jù)，方便處理器處理。TCP/IP協(xié)議模塊將TS碼流分組作為IP分組的有效負(fù)載 ， 實(shí)現(xiàn)了采用IP 傳輸 TS碼流的目的。傳輸IP碼流過(guò)程中考慮到IP通道的傳輸?shù)馁|(zhì)量（UDP包的丟包、抖動(dòng)和延時(shí)）。

設(shè)備層主要完成TS碼流信號(hào)、衛(wèi)星上行發(fā)射和下行接收L波段信號(hào)的采集，即做如下處理：將SDI基帶信號(hào)編碼后形成TS碼流（或其它途徑適配來(lái)的TS碼流）進(jìn)行IP打包，之后IP碼流輸出至交換機(jī)；對(duì)L波段衛(wèi)星數(shù)字電視信號(hào)信道參數(shù)監(jiān)測(cè)、解調(diào)制后碼流分析，并將該碼流IP打包輸出至交換機(jī)。

應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星廣播電視播出系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能，即對(duì)廣播電視節(jié)目進(jìn)行質(zhì)量監(jiān)測(cè)、內(nèi)容監(jiān)測(cè)和安全監(jiān)測(cè)。其中，

圖1 TS over IP原理圖

質(zhì)量監(jiān)測(cè)：完成信道指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；

內(nèi)容監(jiān)測(cè)：完成碼流和節(jié)目?jī)?nèi)容指標(biāo)的監(jiān)測(cè)；

安全監(jiān)測(cè)：衛(wèi)星主備路信號(hào)源、上行發(fā)射和下行接收節(jié)目?jī)?nèi)容碼流內(nèi)容一致性監(jiān)測(cè)；

服務(wù)監(jiān)測(cè)：通過(guò)綜合的網(wǎng)管系統(tǒng)對(duì)各個(gè)監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)、指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)一的管理，保障用戶接收衛(wèi)星數(shù)字電視信號(hào)的質(zhì)量和安全可靠性。

三、衛(wèi)星廣播電視播出監(jiān)測(cè)的內(nèi)容

對(duì)衛(wèi)星廣播電視信號(hào)進(jìn)行全環(huán)節(jié)、多功能的狀態(tài)監(jiān)視和參數(shù)測(cè)量，具體包括信號(hào)源等各環(huán)節(jié)的TS碼流信號(hào)監(jiān)測(cè) 、衛(wèi)星上行發(fā)射和下行接收信道傳輸質(zhì)量、衛(wèi)星上行發(fā)射和下行接收信號(hào)采取某種方式比對(duì)進(jìn)行的安全監(jiān)測(cè)、接收解碼后模擬監(jiān)測(cè)畫(huà)面輸出顯示和報(bào)警、下行接收頻譜報(bào)警監(jiān)測(cè)、各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查尋和存貯等。我們列舉其中重點(diǎn)監(jiān)測(cè)內(nèi)容做如下解讀。

1、信號(hào)源的碼流分析監(jiān)測(cè)

信號(hào)源的質(zhì)量，是播出系統(tǒng)監(jiān)測(cè)的首要內(nèi)容。通過(guò)對(duì)不同信號(hào)源的碼流指標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，可真實(shí)迅速對(duì)信號(hào)源的質(zhì)量進(jìn)行客觀判斷。一般地，采用碼流分析儀來(lái)對(duì)信號(hào)源的TS碼流進(jìn)行TR101 290三級(jí)的錯(cuò)誤檢測(cè)進(jìn)行質(zhì)量分析，對(duì)檢測(cè)出來(lái)的錯(cuò)誤進(jìn)行監(jiān)測(cè)及告警。

2、信道信號(hào)指標(biāo)監(jiān)測(cè)

對(duì)本站發(fā)射的射頻信號(hào)及同轉(zhuǎn)發(fā)器上的衛(wèi)星頻率信號(hào)的射頻指標(biāo)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星信道的安全監(jiān)測(cè)。信道監(jiān)測(cè)的指標(biāo)主要有：射頻信號(hào)的鎖定狀態(tài)、載波電平、載噪比（C/N）、接收位能量與噪聲功率譜密度比(Eb/N0)、維特比糾錯(cuò)前（BER）、符碼率偏移、頻點(diǎn)偏移。

通常測(cè)，對(duì)信道信號(hào)指標(biāo)監(jiān)，既可實(shí)現(xiàn)防范非法攻擊衛(wèi)星廣播電視節(jié)目，也可準(zhǔn)確地完成雨雪衰判斷。

3、衛(wèi)星接收解調(diào)制的TS碼流監(jiān)測(cè)

衛(wèi)星廣播電視安全播出的監(jiān)測(cè)手段離不開(kāi)解調(diào)制后輸出的TS碼流。對(duì)衛(wèi)星上行發(fā)射、下行接收的節(jié)目?jī)?nèi)容和碼流一致性比對(duì)即可實(shí)現(xiàn)節(jié)目安全播出的監(jiān)測(cè)。

我們對(duì)衛(wèi)星接收解調(diào)輸出的TS流進(jìn)行監(jiān)測(cè)的手段是多樣的：

1）是對(duì)TS流實(shí)時(shí)進(jìn)行TR101 290三級(jí)錯(cuò)誤監(jiān)測(cè)并告警。

2）是通過(guò)對(duì)上行發(fā)射和下行接收TS流中所有PID進(jìn)行實(shí)時(shí)碼率實(shí)時(shí)分析，并為指定的重點(diǎn)關(guān)注PID實(shí)時(shí)碼率變化度進(jìn)行報(bào)警閾值的相對(duì)設(shè)置，從而達(dá)到對(duì)實(shí)時(shí)PID碼率的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和報(bào)警。

3）是對(duì)衛(wèi)星上行發(fā)射、下行接收的TS流中的PSI/ SI表格結(jié)構(gòu)流進(jìn)行模板比對(duì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)當(dāng)前信號(hào)PSI/SI表格。通過(guò)對(duì)碼流服務(wù)層、表數(shù)據(jù)等信息的變化實(shí)時(shí)的判別比對(duì)，發(fā)現(xiàn)異常報(bào)警。但該項(xiàng)報(bào)警的時(shí)效性較低，因?yàn)檎麄€(gè)碼流的模板無(wú)法在1秒內(nèi)完成捕捉完成，對(duì)安全播出的監(jiān)測(cè)做不到萬(wàn)無(wú)一失，故一般不單獨(dú)采用此方法進(jìn)行安全監(jiān)測(cè)。

4）是對(duì)信號(hào)源TS碼流ES層內(nèi)容和播出后衛(wèi)星下行接收的TS碼流ES層內(nèi)容進(jìn)行一致性的判斷監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)播出節(jié)目的安全進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在碼流監(jiān)測(cè)中若只監(jiān)測(cè)反應(yīng)傳輸包頭的指標(biāo)，而不能直接的反應(yīng)出來(lái)圖像質(zhì)量的變化，要做到對(duì)TS碼流層面的監(jiān)測(cè)首先要具備深度的碼流分析的功能，對(duì)TS碼流中所有的表格進(jìn)行解析，同時(shí)對(duì)每個(gè)PID數(shù)據(jù)包可以分析到bit位，只有這樣的精度才具備了高精度的碼流監(jiān)測(cè)的功能。

那么對(duì)TS碼流ES層面質(zhì)量的監(jiān)測(cè)分析，就可以發(fā)現(xiàn)圖像、音頻的質(zhì)量變化，對(duì)靜幀、黑場(chǎng)、靜音、單音的指標(biāo)監(jiān)測(cè)，并且通過(guò)對(duì)ES層包頭的分析了解到圖像的編碼方式、寬高比、幀率等信息。這樣可高精準(zhǔn)地監(jiān)測(cè)到插播信號(hào)，現(xiàn)在國(guó)際知名品牌的監(jiān)測(cè)產(chǎn)品都增加了此功能。

5）是對(duì)于衛(wèi)星下行解調(diào)制后的模擬視音頻信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同樣也可做到衛(wèi)星防非干擾監(jiān)測(cè)。將本站衛(wèi)星發(fā)射和衛(wèi)星接收之間的兩路相同視音頻內(nèi)容進(jìn)行同步比對(duì)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)視音頻中存在的異常情況，并向用戶報(bào)警，可提高安全播出可靠性。

4、各環(huán)節(jié)還原出的模擬視音頻節(jié)目的監(jiān)測(cè)

在多畫(huà)面模擬監(jiān)視器中除了實(shí)時(shí)模擬顯示每路信號(hào)的圖像的質(zhì)量、音頻的幅度外，還要完成各環(huán)節(jié)視音頻傳輸質(zhì)量和節(jié)目?jī)?nèi)容故障畫(huà)面集中報(bào)警（靜幀、黑場(chǎng)、靜音、單音）顯示等。

5、射頻信號(hào)頻譜報(bào)警監(jiān)測(cè)

頻譜報(bào)警監(jiān)測(cè)的實(shí)現(xiàn)是基于頻譜分析模塊，它實(shí)時(shí)檢測(cè)衛(wèi)星接收的本站射頻信號(hào)電平值，當(dāng)某頻點(diǎn)的電平突然增高或者突然降低某一值時(shí)（此值可根據(jù)實(shí)際狀態(tài)自行配置），監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)發(fā)出頻譜異常報(bào)警 ，報(bào)警信息實(shí)時(shí)顯示到窗口,同時(shí)還可發(fā)出報(bào)警提示音。

四、碼流錄制功能

新的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)在線錄制或觸發(fā)錄制節(jié)目碼流的功能，這樣可解決了離線分析無(wú)法再現(xiàn)場(chǎng)景的問(wèn)題，進(jìn)行場(chǎng)景回溯。通過(guò)實(shí)時(shí)接收網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)目數(shù)據(jù)，根據(jù)需要進(jìn)行24小時(shí)不間斷錄制或接收觸發(fā)信號(hào)錄制，收錄內(nèi)容以.ts文件存儲(chǔ)。觸發(fā)錄制即錄制的節(jié)目碼流是以用戶預(yù)先設(shè)置報(bào)警故障發(fā)生前若干秒開(kāi)始到故障結(jié)束的信號(hào)。根據(jù)預(yù)制存儲(chǔ)策略管理存儲(chǔ)空間，當(dāng)硬盤(pán)剩余容量不足時(shí)刪除過(guò)期節(jié)目文件。

雖然對(duì)于基于B/S架構(gòu)的錄制服務(wù)器可將節(jié)目進(jìn)行轉(zhuǎn)碼錄制（H.264、MPEG4)，再將錄制信息上傳至數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，但是對(duì)于廣播電視對(duì)節(jié)目的播出質(zhì)量要求級(jí)別高的部門(mén)，不宜采取壓縮轉(zhuǎn)碼錄制。

五、小結(jié)

當(dāng)然，作為一套完整的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其功能還要有各類報(bào)警信息、日志等數(shù)據(jù)庫(kù)查尋、分級(jí)用戶權(quán)限操作和自定義配置管理等等。

另外，也可將機(jī)房設(shè)備、環(huán)境融入到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，各臺(tái)站可根據(jù)自身的狀況和條件對(duì)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容、監(jiān)測(cè)的范圍、監(jiān)測(cè)的功能有選擇地配置，做出合理的監(jiān)測(cè)方案。