播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團(tuán) 電視播出部，江蘇 南京 210001）

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團(tuán) 電視播出部，江蘇 南京 210001）

南京廣播電視集團(tuán)播出系統(tǒng)升級改造將設(shè)備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監(jiān)控監(jiān)測方案融入到播出系統(tǒng)中，其中建立對各頻道視頻服務(wù)器的預(yù)播及播出系統(tǒng)末端PGM等關(guān)鍵點(diǎn)信號進(jìn)行實(shí)時檢測報警的系統(tǒng)可以進(jìn)一步確保播出安全。探討了播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計原則與需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)方案，并闡述其在南京廣播電視集團(tuán)播出智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

信號監(jiān)測；監(jiān)錄存儲；日志查詢；檢索回放

南京廣播電視集團(tuán)播出系統(tǒng)升級改造項目已于2013年5月上旬完成并上線試播，項目中新建2個高標(biāo)清同播頻道的同時全面升級了原有的硬盤播出系統(tǒng)。根據(jù)總局62號令對安全播出的相關(guān)要求，將設(shè)備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監(jiān)控監(jiān)測方案融入到播出系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化播出系統(tǒng)監(jiān)控報警功能。雖然系統(tǒng)在節(jié)目(含廣告)上載與文件化送播環(huán)節(jié)有實(shí)時自動技審，但為了避免人工處理技審報告時的疏忽，有必要建立對各頻道視頻服務(wù)器的預(yù)播及播出系統(tǒng)末端PGM等關(guān)鍵點(diǎn)信號進(jìn)行實(shí)時檢測報警的系統(tǒng)。本文將探討播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計原則與需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)方案，并闡述其在南京廣播電視集團(tuán)播出智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)設(shè)計原則與需求分析

南京廣播電視集團(tuán)播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)由預(yù)播信號監(jiān)錄監(jiān)測和信號監(jiān)測兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)采集10個頻道的播出PGM信號和預(yù)播信號，并分析處理后進(jìn)行聲光報警，對播出系統(tǒng)運(yùn)行故障能及時發(fā)現(xiàn)、預(yù)判故障發(fā)生，彌補(bǔ)了上載與文件送播環(huán)節(jié)的漏檢部分。其中預(yù)播是利用視頻服務(wù)器解碼通道對即將播出的硬盤內(nèi)節(jié)目進(jìn)行提前播放。監(jiān)錄是按頻道對其預(yù)播信號用硬盤收錄并監(jiān)測，同時提供回放檢索功能。監(jiān)測是利用硬件板卡同時監(jiān)測在播信號和預(yù)播信號。預(yù)播監(jiān)錄和信號監(jiān)測工作獨(dú)立運(yùn)行，并無縫接入播出域的智能監(jiān)控系統(tǒng)中[1-2]。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)負(fù)責(zé)播出系統(tǒng)中20個關(guān)鍵點(diǎn)信號的檢測及10個預(yù)播信號的監(jiān)錄，其整體設(shè)計過程遵循以下原則：

1）檢測指標(biāo)：利用廣播級專業(yè)信號檢測卡，對電視播出信號質(zhì)量實(shí)時檢測報警，實(shí)現(xiàn)電視播出信號的質(zhì)量監(jiān)測及量化管理；信號檢測的默認(rèn)閾值符合廣電總局頒布的高標(biāo)清晰度電視演播室標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)廣播級技術(shù)指標(biāo)以及總局金帆獎標(biāo)準(zhǔn)。

2）技術(shù)先進(jìn)：采用最新DSP技術(shù)和模塊化架構(gòu)，保證系統(tǒng)的技術(shù)層次能滿足信號質(zhì)量及硬盤錄制任務(wù)的需求。

3）監(jiān)錄可靠：播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)可24 h不間斷可靠工作，同時要求采用冗余備份容錯和故障恢復(fù)等多種安全性技術(shù)，以保證記錄數(shù)據(jù)的安全。

4）實(shí)時準(zhǔn)確：播出信號實(shí)時監(jiān)測報警的準(zhǔn)確率必須保證達(dá)到100%，以滿足安全播出的需求。

5）規(guī)?？蓴U(kuò)充：系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，當(dāng)監(jiān)測任務(wù)增加時，可以通過增加信號檢測卡及監(jiān)測監(jiān)錄服務(wù)器方便地擴(kuò)大系統(tǒng)規(guī)模，滿足信號檢測通道及系統(tǒng)功能等方面的進(jìn)一步需求。

6）系統(tǒng)開放：軟件層以Web Service接口對外開放，可通過遠(yuǎn)程計算機(jī)通過IE瀏覽器直接訪問控制。支持SNMP協(xié)議[3]，可向第三方監(jiān)控軟件以“Trap”方式發(fā)出報警并實(shí)時以圖形化展示，同時向播出智能監(jiān)控系統(tǒng)提供報警信息。

1.2 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵點(diǎn)信號監(jiān)測要求，播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)需求可分為以下7個部分：

1）應(yīng)用平臺：為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、操作界面的友好性及系統(tǒng)運(yùn)行的安全、高效，系統(tǒng)采用微軟軟件開發(fā)平臺進(jìn)行開發(fā)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2003，操作系統(tǒng)選用Windows 7作為計算機(jī)系統(tǒng)的平臺；系統(tǒng)使用的開發(fā)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺均為目前比較成熟的系統(tǒng)平臺，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的安全穩(wěn)定及操作界面的友好性。

2）信號檢測：對播出的視音頻信號的中斷、黑場、靜幀、靜音、彩場、彩條、聲音中斷、聲音過低或過高等異常情況提供可視化的聲訊報警；可設(shè)定需要檢測監(jiān)錄的節(jié)目時間段，檢測精度、閾值也可自行設(shè)定。

3）監(jiān)錄存儲：結(jié)合H.264視頻壓縮算法或WMV流媒體格式，利用監(jiān)錄服務(wù)器將預(yù)播信號編碼壓縮成0.5～1 Mbit/s碼流的流媒體數(shù)據(jù)保存到本地硬盤，實(shí)現(xiàn)24 h不間斷的錄制（或按播出串聯(lián)單錄制），分段形成獨(dú)立的視音頻文件（分段時間可設(shè)定）。

4）監(jiān)測報警：檢測到信號異常時提供聲光報警方式，報警信息可設(shè)定，故障臨界值可修改。

5）檢索回放：可隨時對監(jiān)錄的各頻道的預(yù)播信號進(jìn)行檢索回放，對將有可能造成劣播、停播和誤播的故障精確定位、提前處理，日后有據(jù)可循；具有視頻顯示鏈接的功能，某頻道在某段時間出現(xiàn)的黑場、靜幀、音頻丟失等異常信號故障的統(tǒng)計次數(shù)，必須詳細(xì)到某次影響的時間長度及雙擊該條能鏈接到該條視頻顯示上，以快速定位確認(rèn)是否為誤報。

6）日志查詢：根據(jù)信號監(jiān)測要求，提供參數(shù)設(shè)置、多種條件報警記錄查詢、節(jié)目錄制日志文件查閱等功能，具有分頻道或所有頻道匯總查詢、統(tǒng)計和報表功能。

7）操作簡便：系統(tǒng)設(shè)置方便，具備實(shí)用化的操作流程、友好的軟件操作界面和直觀全面的收錄事件分布圖，用戶可以完全掌控所有收錄事件的收錄過程。自動實(shí)現(xiàn)素材的歸屬，對收錄素材設(shè)置生存期，過期素材自動刪除。

2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)在南京廣電集團(tuán)的應(yīng)用

2.1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用PC架構(gòu)設(shè)計，集“信號采集層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用層、存儲層”于一體，充分使用系統(tǒng)硬件資源，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及運(yùn)行效率。數(shù)據(jù)處理層讀取處理信號采集層發(fā)來的數(shù)據(jù)，向應(yīng)用層提交信號檢測信息及報警日志數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)將信號檢測報警信息通過Web Service以SNMP的Trap方式發(fā)送到播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。值班人員通過本機(jī)操作平臺可獲得信號監(jiān)錄狀態(tài)、監(jiān)測報警信息，監(jiān)錄素材檢索、回放，日志查詢，設(shè)定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)、門限、狀態(tài)等，優(yōu)化報警策略，配置監(jiān)控界面展現(xiàn)方式，進(jìn)行數(shù)據(jù)管理。

圖1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)組成

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)如圖2所示，由2臺HD/ SD-SDI信號監(jiān)錄服務(wù)器和1臺10路雙HD/SD-SDI信號檢測服務(wù)器組成。10個頻道的預(yù)播信號從監(jiān)錄服務(wù)器環(huán)出，與10個頻道播出末端PGM信號一同進(jìn)入信號檢測服務(wù)器，除本機(jī)提供相關(guān)監(jiān)測監(jiān)錄及報警信息外，監(jiān)錄及檢測服務(wù)器還通過系統(tǒng)監(jiān)控交換機(jī)與播出智能監(jiān)控系統(tǒng)相連，提供播出和預(yù)播共20路播出系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)信號質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測報警信息。

2.3 播出系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)信號監(jiān)測

播出系統(tǒng)關(guān)鍵點(diǎn)信號狀態(tài)檢測通過配置10塊XIO9050HSM專業(yè)信號硬件板卡實(shí)時完成10個頻道的在播PGM和預(yù)播共20路關(guān)鍵點(diǎn)信號的監(jiān)測。該信號檢測卡原理框圖如圖3所示，基于智能網(wǎng)絡(luò)平臺，采用最新DSP技術(shù)和模塊化架構(gòu)，每個模塊支持2路HD/ SD-SDI信號（嵌入音頻）自適應(yīng)輸入，能監(jiān)測20多種常用指標(biāo)及專家級指標(biāo)，支持SNMP協(xié)議，當(dāng)有故障發(fā)生時通過Trap方式發(fā)送報警信息。另外，基于Web Ser?vice技術(shù)的信號檢測卡，可遠(yuǎn)程通過網(wǎng)內(nèi)任意終端使用Web瀏覽器直接訪問和控制。

信號檢測板卡支持檢測20多種常用指標(biāo)及專家級指標(biāo)，包括檢測數(shù)字視頻信號格式；監(jiān)測輸入的HD/ SD-SDI信號有無（信號幅度低于280 mV時為信號丟失）；支持視頻靜幀、黑場、彩條、彩場等監(jiān)測，支持閾值設(shè)置，包括百分比及持續(xù)時間，上報精度為1幀；讀取數(shù)字信號嵌入音頻狀態(tài)（聲道分布、存在、丟失或靜音）、音頻超標(biāo)，支持閾值設(shè)置（包括幅度及持續(xù)時間），上報精度為1幀；提供EDH錯誤檢測、HD信號行序號錯誤檢測、CRC錯誤檢測；支持信號行/場相位鎖定狀態(tài)、行場相位值及偏移量檢測；檢測主從同步信號相位偏離及偏移量；支持AFD狀態(tài)的檢測，包括讀取內(nèi)嵌AFD信息，支持16種閾值設(shè)置。上述監(jiān)測項目結(jié)果可以通過SNMP查詢和主動上報給播出智能監(jiān)測系統(tǒng)。

圖2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)圖

圖3 信號檢測卡原理框圖

2.4 預(yù)播信號監(jiān)錄

預(yù)播信號檢測監(jiān)錄流程如圖4所示。借助于專業(yè)信號檢測板卡和監(jiān)錄終端可以實(shí)時了解即將播出的素材狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)錄系統(tǒng)檢測到預(yù)播信號發(fā)生異常并告警時，值班人員可通過查詢調(diào)用監(jiān)錄的預(yù)播圖像，分析即將發(fā)生異?，F(xiàn)象的原因，及時應(yīng)急處理，達(dá)到節(jié)目播出異常預(yù)判的目的。預(yù)播僅針對于視頻服務(wù)器硬盤里已經(jīng)有的即將播出的素材。預(yù)播通道根據(jù)相應(yīng)頻道播出軟件的設(shè)置進(jìn)行一定時間提前量（實(shí)際設(shè)置為30min）的節(jié)目預(yù)播。

預(yù)播信號監(jiān)錄系統(tǒng)支持7×24 h不間斷工作，提供手動、定時、按單錄制三種工作方式。系統(tǒng)中每臺監(jiān)錄服務(wù)器配置了2塊HD/SD自適應(yīng)信號采集卡，按實(shí)際情況分別完成1路HD信號和4路SD信號的視音頻質(zhì)量的實(shí)時監(jiān)測報警及收錄存儲功能。監(jiān)錄服務(wù)器實(shí)時把采集到的數(shù)字視頻壓縮成Windows Media的WMV2格式的文件，其分辨率為720×576（5∶4）（CCIR-601）PAL制、25 f/s（幀/秒），輸出碼流為1 024 kbit/s（CIF）（可調(diào)整）；音頻數(shù)據(jù)實(shí)時壓縮成WMA格式，16 bit量化，48 kHz采樣，2通道，輸出碼流為64 kbit/s。

圖4 預(yù)播信號檢測監(jiān)錄流程

監(jiān)錄服務(wù)器的視音頻信號質(zhì)量實(shí)時監(jiān)測的內(nèi)容包括信號狀態(tài)、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態(tài)及聲道分布等信息，并提供聲訊報警；具備完善的報警查詢能力，支持根據(jù)多種條件查詢結(jié)果；具有分段錄制功能，可以實(shí)時檢索、調(diào)用存儲在硬盤中的錄制內(nèi)容，以備對異常信號進(jìn)行分析、判斷；此外，服務(wù)器支持過期素材自動刪除，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間和容量門限可以自動刪除過期錄制內(nèi)容，釋放存儲空間。

2.5 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)報警機(jī)制

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)報警優(yōu)先級設(shè)定是為了在對各頻道播出末端PGM和預(yù)播信號進(jìn)行頻繁輪巡的同時，區(qū)分各種報警信息的重要性并以不同的預(yù)設(shè)方式顯示，從而提高系統(tǒng)應(yīng)急處理的能力，減少故障影響程度。故障報警機(jī)制如下：

1）報警類型機(jī)制：單次報警、連續(xù)報警、間歇報警、有限次數(shù)報警。

2）報警級別機(jī)制：普通報警、較嚴(yán)重報警、嚴(yán)重報警。

3）報警方式機(jī)制：聲音、文字、圖形、短信。

4）報警過濾機(jī)制：報警級別、報警事件、報警方式、報警信息排序。

5）報警日志機(jī)制：監(jiān)測日志、檢測報警數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫供日后查詢，同時將這些數(shù)據(jù)上報給播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。

3 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件構(gòu)成

3.1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件構(gòu)成

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件主要分為信號檢測模塊、信號編碼錄制模塊、監(jiān)錄狀態(tài)信息顯示模塊、監(jiān)錄終端操作模塊及數(shù)據(jù)庫信息存儲模塊。播出信號監(jiān)錄監(jiān)測系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示，信號監(jiān)錄終端主要功能包括配置管理、實(shí)時監(jiān)錄、日志查看、統(tǒng)計報表和其他狀態(tài)監(jiān)測等。另外軟件還提供了日志查詢功能，包括狀態(tài)、級別、信號點(diǎn)、告警內(nèi)容、發(fā)生時間、結(jié)束時間、持續(xù)時間、處理情況及是否在監(jiān)測時段；可以生成統(tǒng)計報表，可以選擇以柱狀圖或餅狀圖展示；統(tǒng)配置管理含顯示參數(shù)、檢測時間間隔、報警機(jī)制、通信狀態(tài)、軟件自動維護(hù)時間間隔、監(jiān)錄素材生命周期管理、系統(tǒng)存儲硬盤管理、日志保留時間等。

圖5 播出信號監(jiān)錄監(jiān)測系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)

預(yù)播監(jiān)錄軟件界面如圖6所示。在操作界面上除顯示監(jiān)錄圖像和伴音通道及電平外，還顯示常用指標(biāo)的檢測結(jié)果，實(shí)時檢測所監(jiān)錄頻道預(yù)播信號的狀態(tài)、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態(tài)及聲道分布等信息，其綠燈表示信號參數(shù)正常且在設(shè)定閾值內(nèi)，黃燈表示信號參數(shù)超出設(shè)定閾值，灰燈表示信號丟失或功能限制。另外系統(tǒng)還檢測信號總體狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫狀態(tài)、設(shè)備通信狀態(tài)。利用監(jiān)測卡自帶信號檢測功能，當(dāng)信號狀態(tài)異常時，軟件右下角會依次彈窗發(fā)出相關(guān)實(shí)時報警提示信息，幫助值班人員快速、準(zhǔn)確地判定故障發(fā)生原因。

圖6 預(yù)播監(jiān)錄軟件界面（截圖）

3.2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)功能特點(diǎn)

1）信號實(shí)時檢測報警功能。通過與信號質(zhì)量檢測卡配合使用，可以實(shí)時對關(guān)鍵點(diǎn)信號做量化檢測，對視頻丟失、黑場、靜幀，是否出現(xiàn)彩條、彩底，聲音是否中斷或過低（過高）等這類定性監(jiān)測報警的實(shí)時性非常重要，可以幫助值班人員隨時掌握信號狀態(tài)，第一時間對播出事故進(jìn)行應(yīng)急處理。

2）圖像伴音實(shí)時監(jiān)看功能。所監(jiān)錄頻道的預(yù)播圖像和伴音電平顯示在監(jiān)錄終端上，并顯示當(dāng)前采集狀態(tài)。

3）自動硬盤錄制功能。監(jiān)錄軟件將信號采集卡接收到的高/標(biāo)清SDI信號以Windows Media Video 8（WMV2）流媒體格式編碼成帶寬為1 Mbit/s的媒體數(shù)據(jù)保存到本地硬盤，存儲節(jié)目按錄制頻道、當(dāng)前的日期、時間自動生成錄制節(jié)目相應(yīng)文件的文件名。

4）檢索回放功能。錄制在本地硬盤的節(jié)目可以檢索和回放。因?yàn)轭A(yù)播素材是分段（10 min）錄制的，所以可以檢索并回放已存檔的錄制內(nèi)容，為提前預(yù)判節(jié)目異常提供依據(jù)。

5）軟件后臺管理功能。監(jiān)錄系統(tǒng)有完備的保存機(jī)制，比如數(shù)據(jù)編碼格式、數(shù)據(jù)保存時間等。另外，監(jiān)錄系統(tǒng)還可以自動清理過期的錄制素材，智能管理剩余硬盤空間。

6）融入播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。在播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，關(guān)鍵點(diǎn)信號檢測屬于其子功能模塊，每塊檢測板卡提供一個自適應(yīng)千兆以太網(wǎng)口，全機(jī)箱一共輸出10根網(wǎng)線通過交換機(jī)接入播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)有故障發(fā)生時每塊檢測卡會通過SNMP Trap方式發(fā)送報警信息。播出智能監(jiān)控系統(tǒng)接收到信號級監(jiān)測的源數(shù)據(jù)，發(fā)布到分布于其系統(tǒng)中的各監(jiān)控終端上，監(jiān)控終端根據(jù)事先設(shè)置的級別對不同信息進(jìn)行提示或者聲光告警，提醒值班人員采取相應(yīng)的應(yīng)急措施最大程度降低播出事故的發(fā)生。

4 總結(jié)

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的建立是保證安全播出的重要手段之一，可以實(shí)時監(jiān)測監(jiān)錄各頻道播出、預(yù)播的HD/SD-SDI信號，一旦發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)信號異常，能及時幫助值班人員第一時間對播出事故進(jìn)行處理，同時監(jiān)錄結(jié)果可作為分析判斷事故的依據(jù)。南京臺建設(shè)的這套播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)自2013年5月份啟用以來，作為一項新的技術(shù)手段為南京臺節(jié)目的優(yōu)質(zhì)安全播出提供了更多的保障，相信隨著日后不斷改進(jìn)和實(shí)踐將會為南京臺的節(jié)目安全播出發(fā)揮越來越大的作用。

[1]龔曙光.硬盤播出系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控［J］.電視技術(shù)，2008，32（8）：78-79.

[2] 曹健，吳永生.南京廣播電視集團(tuán)硬盤播出系統(tǒng)建設(shè)［J］.廣播與電視技術(shù)，2013，37（9）：40-46.

[3]黃蓓.基于SNMP的協(xié)議的播出監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］.廣播與電視技術(shù)，2013，37（11）：20-23.

TN948

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??健男

2013-11-18

【本文獻(xiàn)信息】吳永生，楊旸.播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2014，38（8）.

吳永生，南京廣播電視集團(tuán)電視播出部副主任，高級工程師；楊 旸，南京廣播電視集團(tuán)電視播出部主管，高級工程師。