安徽衛(wèi)星地球站基于IP的監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

顧姚昊

（安徽衛(wèi)星地球站，安徽 合肥 230022）

1 項(xiàng)目背景

安徽衛(wèi)星地球站于2013年完成安徽高清衛(wèi)視本地上星系統(tǒng)建設(shè)并投入使用。自此，安徽衛(wèi)星地球站在承擔(dān)現(xiàn)有標(biāo)清上星播出任務(wù)的同時(shí)又增加了高清上星播出任務(wù)，安全播出任務(wù)更重，壓力也更大。一直以來，安徽衛(wèi)星地球站監(jiān)測系統(tǒng)采用的是傳統(tǒng)方式監(jiān)測，即每個(gè)環(huán)節(jié)監(jiān)測點(diǎn)視頻通過多畫面分割器上電視墻監(jiān)看，音頻通過矩陣選擇監(jiān)聽，同時(shí)通過硬盤錄像機(jī)對(duì)各監(jiān)測點(diǎn)實(shí)時(shí)錄制存儲(chǔ)。但是，該方式由于設(shè)備多，監(jiān)測功能單一，無智能告警等缺陷，不能很好地幫助值班人員迅速發(fā)現(xiàn)問題判斷故障，特別是高標(biāo)清頻道同播本地上星后，現(xiàn)有的監(jiān)測系統(tǒng)已不能滿足安全播出的需要，因此，安徽衛(wèi)星地球站根據(jù)實(shí)際需求，結(jié)合新技術(shù)新趨勢，設(shè)計(jì)了基于IP的監(jiān)測系統(tǒng)并實(shí)施應(yīng)用。

2 系統(tǒng)介紹

2.1 設(shè)計(jì)原則

1）標(biāo)準(zhǔn)化

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)的設(shè)計(jì)符合中華人民共和國國標(biāo)及廣電總局制定的相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，符合相關(guān)國際標(biāo)準(zhǔn)。

2）可擴(kuò)展

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)具有極強(qiáng)的可擴(kuò)展性，應(yīng)能實(shí)現(xiàn)應(yīng)用功能和監(jiān)測站點(diǎn)的隨時(shí)擴(kuò)充，保證將來各種新業(yè)務(wù)的開展。

3）可升級(jí)

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)能夠?qū)崿F(xiàn)可預(yù)見的平滑升級(jí)，確保在系統(tǒng)不做大的變更前提下，平滑升級(jí)到更高的層次。

4）開放性

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)采用開放式設(shè)計(jì)，保證各大廠商設(shè)備、系統(tǒng)的良好集成性能，確保與省級(jí)有關(guān)平臺(tái)的無縫對(duì)接。

5）安全可靠

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)每年可靠運(yùn)行時(shí)間達(dá)到99.99%以上，保證系統(tǒng)運(yùn)營安全。

6）可管理

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)具備健全的網(wǎng)管功能，可對(duì)網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、進(jìn)行實(shí)時(shí)全面的監(jiān)測和控制。

7）先進(jìn)性

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)應(yīng)采用符合國際國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的、成熟的技術(shù)，系統(tǒng)中任何一臺(tái)設(shè)備死機(jī)都不能影響到系統(tǒng)的正常操作和使用，做到真正的保護(hù)投資和使用單位資源。

8）實(shí)用性

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)的技術(shù)設(shè)計(jì)、設(shè)備選型應(yīng)符合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，充分考慮行業(yè)監(jiān)管工作的需要和發(fā)展。

9）可維護(hù)性

監(jiān)測平臺(tái)技術(shù)系統(tǒng)軟、硬件應(yīng)具有良好的可維護(hù)性，對(duì)系統(tǒng)中主要設(shè)備提供性能監(jiān)測、記錄、告警、維護(hù)等手段。

2.2 系統(tǒng)特點(diǎn)

1）監(jiān)測設(shè)備采用無中心的真正的嵌入式設(shè)計(jì)，每路板卡均帶有嵌入式CPU，可獨(dú)立工作。設(shè)備中的任何一路監(jiān)測卡都不影響其他路板卡的工作。

2）監(jiān)測設(shè)備采用熱插拔設(shè)計(jì)，可隨時(shí)在線更換。

3）系統(tǒng)和嵌入式監(jiān)測設(shè)備均基于LINUX系統(tǒng)構(gòu)架，可靠性高，天然的防病毒機(jī)制，對(duì)系統(tǒng)的安全性有了極大的提高。客戶端的操作可以使用Windows系統(tǒng)，保證用戶使用的快捷和方便。

4）系統(tǒng)全面支持DVB-C/DVB-S/DVB-S2/ABS-S/CTTB/CMMB/DTMB等各種數(shù)字電視傳輸形態(tài)，為將來的擴(kuò)容和平臺(tái)支持提供完全的保障。

5）系統(tǒng)架構(gòu)采用CS和BS的融合軟件架構(gòu)，采用CS進(jìn)行報(bào)警控制、多畫面展現(xiàn)，采用BS系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測展現(xiàn)和配置。

2.3 系統(tǒng)介紹

系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示，發(fā)射天線將信號(hào)發(fā)送到前端，由天線接收并調(diào)制后傳輸?shù)奖O(jiān)測網(wǎng)，經(jīng)過衛(wèi)星接收板卡、調(diào)頻接收板卡和開路模擬電視采集監(jiān)測板卡分析后，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)上，前端服務(wù)器采集并分析這些數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)錄制和報(bào)警分析等應(yīng)用層功能。監(jiān)測前端設(shè)備信息通過網(wǎng)絡(luò)傳送到中心端，再由中心端進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與分析，同時(shí)能夠監(jiān)看前端設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及信號(hào)內(nèi)容，對(duì)前端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)置等操作，完成對(duì)調(diào)制信號(hào)信道層指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和報(bào)警，包括誤碼率、信道功率、載噪比等，完成傳輸流TS層各指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，完成視音頻各指標(biāo)的監(jiān)測和報(bào)警等。

圖1 系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2.4 系統(tǒng)設(shè)備組成

2.4.1 TS流監(jiān)測模塊

TS流監(jiān)測模塊是對(duì)數(shù)字電視傳輸碼流（TS）進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊。該模塊提供碼流結(jié)構(gòu)分析、PSI/SI表格分析、碼率分析、PCR分析、TR101290三層報(bào)警、線路監(jiān)測（LNB）等多種功能。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)方便得獲取分析報(bào)警結(jié)果并進(jìn)行相關(guān)配置[1]。該模塊支持TS over IP功能。該模塊適用于碼流信號(hào)監(jiān)看、記錄、傳輸?shù)葢?yīng)用場合。

2.4.2 RF監(jiān)測模塊

RF監(jiān)測模塊是對(duì)數(shù)字電視DVB-S2信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊。該模塊提供DVB-S2高頻分析、碼流結(jié)構(gòu)分析、PSI/SI表格分析、碼率分析、PCR分析、DVB-S2高頻報(bào)警、TR101290三層報(bào)警、入侵報(bào)警等多種功能。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)方便地獲取分析報(bào)警結(jié)果并進(jìn)行相關(guān)配置[2]。

2.4.3 解擾模塊

解擾模塊提供數(shù)字電視解擾功能的模塊。該模塊使用符合ISO 7816的Smart Card，可以將加擾的TS流中選擇若干套節(jié)目進(jìn)行解擾，同時(shí)不會(huì)丟失任何監(jiān)測需要的數(shù)據(jù)?？梢耘浜蠑?shù)字電視監(jiān)測模塊用于對(duì)加擾數(shù)字電視信號(hào)中的多套圖像進(jìn)行同時(shí)監(jiān)看。

2.4.4 信號(hào)監(jiān)測模塊

信號(hào)監(jiān)測模塊是具有強(qiáng)大網(wǎng)絡(luò)和分析功能的模塊。不僅可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行模數(shù)和數(shù)模轉(zhuǎn)換，同時(shí)還可以對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。該模塊擁有強(qiáng)大的音頻參數(shù)分析、音頻報(bào)警、實(shí)時(shí)編解碼和網(wǎng)絡(luò)廣播的功能，支持全雙工的工作模式。適用于各種音頻監(jiān)測、音頻傳輸、音頻記錄和網(wǎng)上廣播等應(yīng)用場合。安徽衛(wèi)星地球站僅使用其網(wǎng)絡(luò)播放功能。

2.4.5 SDI信號(hào)監(jiān)測模塊

SDI信號(hào)監(jiān)測模塊是針對(duì)SDI信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測的嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊。該模塊提供SDI信號(hào)分析、圖像層報(bào)警、音頻層報(bào)警等多種功能。用戶可以通過網(wǎng)絡(luò)方便得獲取分析報(bào)警結(jié)果并進(jìn)行相關(guān)配置。

2.4.6 嵌入式工業(yè)機(jī)箱

采用高集成度、高自動(dòng)化的監(jiān)測硬件平臺(tái)，可支持4槽位，最大支持32路信號(hào)數(shù)據(jù)采集及分析，監(jiān)測設(shè)備采用無中心的真正的嵌入式設(shè)計(jì)，每路板卡均帶有嵌入式CPU，可獨(dú)立工作。對(duì)各種格式信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，實(shí)時(shí)傳送監(jiān)測結(jié)果到數(shù)據(jù)庫服務(wù)器并在Web Server上顯示。

機(jī)箱采用支持熱插拔的1+1冗余交直流供電，有效提高設(shè)備的供電可靠性和熱穩(wěn)定性。

2.4.7 視頻多畫面服務(wù)器

多畫面服務(wù)器是一臺(tái)集多畫面顯示及節(jié)目內(nèi)容監(jiān)測功能于一體的高性能服務(wù)器。服務(wù)器采用Linux系統(tǒng)平臺(tái)，性能安全穩(wěn)定；提供多種顯示模板，為不同應(yīng)用需求設(shè)計(jì)最佳顯示效果；支持各種圖像監(jiān)測和音頻監(jiān)測功能，且監(jiān)測參數(shù)可調(diào)，以達(dá)到無漏報(bào)和誤報(bào)現(xiàn)象；采用網(wǎng)絡(luò)通信與控制的方式，操作方便。

如圖2所示，整個(gè)的系統(tǒng)架構(gòu)簡單、清晰，原理過程為信號(hào)數(shù)據(jù)采集→TS over IP→網(wǎng)絡(luò)傳輸→應(yīng)用層軟件→軟件展示。由全信號(hào)接入嵌入式模塊化采集設(shè)備，實(shí)現(xiàn)TS over IP[3]，將IP數(shù)據(jù)傳輸?shù)骄W(wǎng)絡(luò)，供Web服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和IP碼流多畫面服務(wù)器使用，所有的設(shè)備以網(wǎng)絡(luò)為中心，IP數(shù)據(jù)包為基礎(chǔ)，最終服務(wù)于應(yīng)用層軟件并展示。

圖2 多畫面顯示系統(tǒng)示意圖

2.4.8 安播報(bào)警錄制服務(wù)器

采用B/S結(jié)構(gòu)進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì)，服務(wù)器端采用JAVA技術(shù)，客戶端采用瀏覽器，不需要安裝任何插件。用戶可以采用常用IE的瀏覽器進(jìn)行訪問，系統(tǒng)具有安全型，可操作性，友好性。對(duì)所有監(jiān)測的節(jié)目IP碼流信號(hào)做故障觸發(fā)收錄，當(dāng)觸發(fā)時(shí)，自動(dòng)開始自定義好的收錄任務(wù)（可收錄故障前后及中間時(shí)間段的碼流，方便事后查看），存儲(chǔ)約1周。可獲取監(jiān)測模塊的實(shí)時(shí)報(bào)警信息，如碼流高頻層、碼流三層等報(bào)警和碼流層分析；可獲取多畫面模塊內(nèi)容層報(bào)警；可同時(shí)控制多畫面模塊，如多畫面布局、多畫面門限、多畫面報(bào)警門限等；可獲取查看報(bào)警觸發(fā)錄制內(nèi)容，同時(shí)可對(duì)錄制模塊就行配置?？刹樵儦v史故障記錄，支持多條件組合查詢，可以根據(jù)故障記錄查看、回傳故障錄像，查看實(shí)時(shí)視頻，故障處理。

2.5 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.5.1 基于硬件的報(bào)警過濾機(jī)制

1）針對(duì)信號(hào)的傳承法則報(bào)警過濾機(jī)制；

2）與設(shè)備網(wǎng)管相結(jié)合的信號(hào)優(yōu)先法則報(bào)警過濾機(jī)制；

3）根據(jù)信號(hào)的報(bào)警等級(jí)，觸發(fā)相應(yīng)的應(yīng)急動(dòng)作；

4）針對(duì)TS流的，系統(tǒng)自適應(yīng)報(bào)警過濾機(jī)制。

2.5.2 網(wǎng)絡(luò)安全方面

使總控的核心功能完全依賴于硬件，而不是基于PC。將所有對(duì)外服務(wù)器全部改為Linux系統(tǒng)。所有對(duì)外網(wǎng)的服務(wù)全部基于Linux下的Web2.0，并且不開放任何文件上載途徑?？蛻舳藢?duì)系統(tǒng)的訪問只能通過瀏覽器，因?yàn)闉g覽器的權(quán)限限制，使客戶端對(duì)系統(tǒng)的訪問完全由服務(wù)端決定。系統(tǒng)中絕對(duì)不存在共享目錄方式的文件傳輸。降低Linux系統(tǒng)中和Web相關(guān)目錄的權(quán)限，該目錄所有文件除非管理員手動(dòng)打開，否則不能執(zhí)行。

通過上述措施，來自于網(wǎng)絡(luò)的問題基本就剩下了網(wǎng)絡(luò)阻塞型的攻擊，這一類襲擊，只能影響外網(wǎng)用戶的Web訪問，對(duì)于內(nèi)網(wǎng)完全無效，同時(shí)建立合理的防火墻也可以大大降低該類攻擊的可能性。

2.5.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)按照參數(shù)配置的內(nèi)容對(duì)數(shù)據(jù)按照下述不同的方式進(jìn)行分析。其中報(bào)警數(shù)據(jù)主要用于報(bào)警的統(tǒng)計(jì)和報(bào)警的事后追溯，包括每周、每月、每年的定時(shí)統(tǒng)計(jì)。通過監(jiān)控系統(tǒng)的定時(shí)統(tǒng)計(jì)可以發(fā)現(xiàn)一些規(guī)律。通過抄表數(shù)據(jù)的分析，往往可以在系統(tǒng)異常之前發(fā)現(xiàn)一些征兆。

2.5.4 正常碼流的報(bào)警過濾機(jī)制

因?yàn)獒槍?duì)一個(gè)正在播出的碼流，幾乎沒有一個(gè)是完全標(biāo)準(zhǔn)的，所以在正常的碼流中也存在多種多樣的“小問題”，因此完全按照TR101290進(jìn)行報(bào)警，將讓整套報(bào)警機(jī)制喪失使用價(jià)值。通過設(shè)置1個(gè)2~24 h（用戶設(shè)置）的適應(yīng)期，在該時(shí)段內(nèi)所有的報(bào)警都不予報(bào)警和處理，只進(jìn)行報(bào)警數(shù)據(jù)的收集。

3 系統(tǒng)運(yùn)行流程

基本流程圖如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸流程圖

3.1 視頻部分流程

信號(hào)采集卡將TS流信號(hào)處理后，轉(zhuǎn)出組播數(shù)據(jù)，組播數(shù)據(jù)中包含碼流層，高頻層報(bào)警信息和轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)目信息。

將組播中轉(zhuǎn)出的節(jié)目信息給視頻多畫面服務(wù)器，用作大屏監(jiān)看和內(nèi)容層報(bào)警，內(nèi)容層報(bào)警信息會(huì)記錄到報(bào)警錄制服務(wù)器中。

組播信息中的高頻層和碼流層報(bào)警信息也會(huì)記錄到報(bào)警錄制服務(wù)器中。轉(zhuǎn)發(fā)的節(jié)目信息給報(bào)警錄制服務(wù)器，進(jìn)行節(jié)目錄制，如果出現(xiàn)報(bào)警，會(huì)自動(dòng)拼接報(bào)警節(jié)目，拼接時(shí)會(huì)將故障前后一段時(shí)間節(jié)目錄制進(jìn)去。

報(bào)警錄制服務(wù)器可以通過IE瀏覽器進(jìn)行訪問，可實(shí)時(shí)查看碼流結(jié)構(gòu)信息，報(bào)警錄制節(jié)目，激活報(bào)警信息，同時(shí)可以控制多畫面布局，錄制參數(shù)等配置。

3.2 音頻部分流程

信號(hào)采集卡將TS流中的音頻PID中包含的廣播節(jié)目，電視伴音，經(jīng)板卡處理后轉(zhuǎn)發(fā)出組播信息。

組播信息給音頻虛擬轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器，經(jīng)服務(wù)器處理后變成音頻信號(hào)，再轉(zhuǎn)出音頻組播數(shù)據(jù)，給音頻多畫面和選擇監(jiān)聽控制器。

音頻多畫面上可以顯示所有節(jié)目的左右聲道的跳表信息，如果某路節(jié)目出現(xiàn)故障后，通道會(huì)顯示紅色，并發(fā)出報(bào)警提示音。按鍵盤空格鍵可將報(bào)警音關(guān)閉。

選擇監(jiān)聽控制器可以任意收聽節(jié)目的聲音，選擇某路節(jié)目后，會(huì)向播放卡下發(fā)組播數(shù)據(jù)，播放卡收到請(qǐng)求后，會(huì)從網(wǎng)絡(luò)中獲取該節(jié)目的組播信息，轉(zhuǎn)換成模擬信息給監(jiān)聽音箱。選擇輪聽功能后，可以自動(dòng)聽取所有通道的第一路節(jié)目。

所有監(jiān)測信息是基于網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上，進(jìn)行分析、報(bào)警、錄制、監(jiān)看。

4 總結(jié)

本站目前高清系統(tǒng)有14個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，標(biāo)清系統(tǒng)有16個(gè)監(jiān)測點(diǎn)，分別對(duì)其音視頻內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測，對(duì)標(biāo)清系統(tǒng)的電視伴音和10路廣播信號(hào)音頻內(nèi)容進(jìn)行監(jiān)測。數(shù)字電視節(jié)目ASI，DVBS-2信號(hào)的指標(biāo)監(jiān)看、視頻節(jié)目實(shí)時(shí)播放、故障錄制，下載回放。對(duì)電視伴音和廣播信號(hào)實(shí)時(shí)選擇監(jiān)聽。

大屏幕顯示系統(tǒng)符合要求，實(shí)現(xiàn)高亮度、高清晰度、高智能化控制，滿足系統(tǒng)信息顯示的需要。系統(tǒng)需基于IP架構(gòu)，統(tǒng)一調(diào)度、配置部署，同時(shí)很好地適應(yīng)信號(hào)規(guī)模的擴(kuò)展，并降低系統(tǒng)施工和維護(hù)的復(fù)雜度。運(yùn)行至今，效果良好，對(duì)值班安全起到重要的輔助作用。

[1] 吳恩學(xué).數(shù)字電視實(shí)用技術(shù)[M].北京：教育科學(xué)出版社，2009.

[2] 關(guān)良柱.衛(wèi)星數(shù)字廣播電視技術(shù)[M].北京：中國廣播電視出版社，2009.

[3] 余清波，候蒙學(xué)，呂百靈.數(shù)字廣播電視中TSOVER IP技術(shù)的應(yīng)用[J].廣播與電視技術(shù)，2012（9）：95-97.