淺談廣播電視衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)原理與應(yīng)用

摘要：本文概述了廣播電視衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的重要性和發(fā)展現(xiàn)狀，探討了音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、原理與功能，介紹了音視頻監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的告警原理和實(shí)現(xiàn)手段，以及如何根據(jù)廣播電視節(jié)目的需要進(jìn)行具體配置。

關(guān)鍵詞：廣播電視;衛(wèi)星地球站;音視頻監(jiān)測;智能化;自動(dòng)化

隨著廣播電視技術(shù)的迅猛發(fā)展，衛(wèi)星數(shù)字電視日益普及，廣播電視的收聽收看方式與內(nèi)容逐漸多樣化。從傳輸覆蓋媒介上看，廣播電視有衛(wèi)星、有線、微波、互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)等多種傳播方式。目前，廣播電視衛(wèi)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?nèi)粘Ｉ钪蝎@取新聞、消息和消遣的一種基本需求，它的信號(hào)傳輸覆蓋范圍和質(zhì)量關(guān)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(fèi)者的體驗(yàn)，保證國家政令暢通，廣播電視節(jié)目的營運(yùn)自然要追求高可靠性和高安全性。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的主要目標(biāo)就是保證各類廣播電視播出信號(hào)的傳播內(nèi)容安全和傳輸質(zhì)量安全，從而實(shí)現(xiàn)廣播電視業(yè)務(wù)安全播出這一根本目標(biāo)。

1.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)功能介紹

音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能是及時(shí)進(jìn)行異態(tài)報(bào)警。智能化和自動(dòng)化是監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展目標(biāo)。在安全播出監(jiān)測過程中，監(jiān)測系統(tǒng)可以自動(dòng)發(fā)現(xiàn)播出過程中的異態(tài)。比如內(nèi)容層面可以有效發(fā)現(xiàn)畫面黑場、靜幀、馬賽克、聲音丟失等錯(cuò)誤，傳輸層面可以對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)有效發(fā)現(xiàn)傳輸延時(shí)越界、碼率抖動(dòng)越界等錯(cuò)誤。

可視化顯示是安全播出監(jiān)測的重要方面。信號(hào)、內(nèi)容、網(wǎng)絡(luò)、設(shè)備、報(bào)警等多種信息均需要在大屏上呈現(xiàn)。大屏顯示不僅讓抽象的信息可視化，同時(shí)也是協(xié)同分析會(huì)商的有效工具。

衛(wèi)星地球站可視化信號(hào)監(jiān)測系統(tǒng)，針對(duì)地球站的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，對(duì)衛(wèi)星節(jié)目的信源環(huán)節(jié)、中間傳輸環(huán)節(jié)以及衛(wèi)星下行環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)時(shí)全面的監(jiān)測。通過對(duì)各環(huán)節(jié)信號(hào)的信道質(zhì)量、信號(hào)頻譜、視音頻質(zhì)量、以及上行和下行接收信號(hào)的碼流內(nèi)容比對(duì)達(dá)到安全覆蓋的目的。

在音視頻監(jiān)測系統(tǒng)中，廣播電視信號(hào)提取方面，衛(wèi)星接收天線接收到衛(wèi)星信號(hào)后輸出射頻信號(hào)到衛(wèi)星接收機(jī)或其他接收設(shè)備，接收設(shè)備對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)輸出ASI流，ASI流包含多路復(fù)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(fù)用設(shè)備解成TS清流后組播輸出。目前在衛(wèi)星地球站普遍使用的是第二種方法。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)就是針對(duì)解復(fù)用組播輸出的TS清流進(jìn)行解碼、分析、判斷和報(bào)警。

2.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

目前的音視頻監(jiān)測系統(tǒng)主要分為6個(gè)系統(tǒng)模塊：信號(hào)接收系統(tǒng)、監(jiān)測顯示系統(tǒng)、管理系統(tǒng)、轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)系統(tǒng)、集中報(bào)警系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。

信號(hào)接收系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收電視信號(hào)，并將信號(hào)轉(zhuǎn)換成可監(jiān)測和轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，分別供音視頻監(jiān)測顯示子系統(tǒng)和轉(zhuǎn)碼子系統(tǒng)使用。數(shù)字衛(wèi)星接收機(jī)和其他接收設(shè)備對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行解擾，解擾后的碼流作為轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)系統(tǒng)的輸入，進(jìn)入核心交換機(jī)。

轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)系統(tǒng)用于轉(zhuǎn)換數(shù)字電視節(jié)目的格式，將MPEG2編碼的數(shù)字節(jié)目通過專用設(shè)備轉(zhuǎn)碼成MPEG4格式的文件，以IP流的形式進(jìn)入傳輸交換網(wǎng)絡(luò)，進(jìn)行實(shí)時(shí)發(fā)布和存儲(chǔ)，對(duì)于單節(jié)目的TS流，可直接轉(zhuǎn)碼為MPEG4文件進(jìn)行發(fā)布和存儲(chǔ)。網(wǎng)絡(luò)化的節(jié)目傳輸鏈路則可以在各個(gè)監(jiān)測點(diǎn)提取IP節(jié)目流進(jìn)行監(jiān)測，這也是音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展方向。

監(jiān)測顯示系統(tǒng)用來實(shí)時(shí)進(jìn)行音視頻的監(jiān)聽監(jiān)看，并實(shí)現(xiàn)某個(gè)監(jiān)控節(jié)目源的切出獨(dú)立顯示。系統(tǒng)可以對(duì)監(jiān)測點(diǎn)顯示的節(jié)目可以進(jìn)行隨意切換。值班人員可以根據(jù)需要快速切換出想要監(jiān)測的畫面和聲音。

集中報(bào)警系統(tǒng)通過聲光告警簡寫迅速地顯示告警內(nèi)容，通常有靜幀、黑場、無伴音等報(bào)警功能，通常以文字推送和語音播報(bào)的形式顯示報(bào)警信息，值班人員可以通過集中報(bào)警顯示來查看當(dāng)前所有音視頻監(jiān)測報(bào)警信息，同時(shí)歷史告警數(shù)據(jù)會(huì)記錄到數(shù)據(jù)庫中，可以進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢。集中報(bào)警系統(tǒng)輔以輪巡多畫顯示能夠更好的實(shí)現(xiàn)提示告警，使得值班的工作人員能夠準(zhǔn)確、快速的發(fā)現(xiàn)故障節(jié)目，直觀的了解故障現(xiàn)象，從而準(zhǔn)確判斷故障原因，快速進(jìn)行處理。出現(xiàn)告警時(shí)，語音報(bào)警服務(wù)器會(huì)顯示告警，并自動(dòng)語音播報(bào)。告警結(jié)束后，告警顯示恢復(fù)，語音播報(bào)告警恢復(fù)。

管理系統(tǒng)幫助實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析、業(yè)務(wù)配置、數(shù)據(jù)查詢、報(bào)表生成 、系統(tǒng)管理等功能。對(duì)于音視頻監(jiān)測系統(tǒng)一個(gè)重要功能是錄像查詢功能，對(duì)已經(jīng)發(fā)生的異常情況自動(dòng)記錄，采用分布式存儲(chǔ)方式，錄像節(jié)目存儲(chǔ)于轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)設(shè)備中，同時(shí)支持錄像導(dǎo)出。錄像查看可以按頻道和時(shí)間進(jìn)行查詢，支持時(shí)間查詢從錄像文件的任意時(shí)刻開始。

網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：通過VLAN劃分策略，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)模塊化設(shè)計(jì)原則及監(jiān)測系統(tǒng)的業(yè)務(wù)特點(diǎn)，依照各子系統(tǒng)的功能將整個(gè)網(wǎng)絡(luò)劃分為若干VLAN。各VLAN內(nèi)部的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制與傳統(tǒng)的二層網(wǎng)絡(luò)一致，且不會(huì)影響到其他的VLAN;VLAN間的通信將由核心交換機(jī)提供的VLAN間三層路由實(shí)現(xiàn)。網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)幫助實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的安全運(yùn)行，能夠有效抑制網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴，避免廣播數(shù)據(jù)對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器的資源損耗。

3.衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)報(bào)警原理

對(duì)于一般監(jiān)測系統(tǒng)，衛(wèi)星天線接收到廣播電視信號(hào)后輸出射頻信號(hào)到衛(wèi)星接收機(jī)或其他接收設(shè)備，接收設(shè)備對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行解調(diào)輸出ASI形式的TS流，TS流中包含多路復(fù)用的TS流或單路TS清流，也可以輸出到解復(fù)用設(shè)備解成TS清流后組播輸出。音視頻監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)就是針對(duì)輸出的TS清流進(jìn)行解碼、分析、判斷和報(bào)警。

報(bào)警系統(tǒng)通過分析TS流中的PID信息捕獲音頻碼流，對(duì)音頻碼流進(jìn)行解碼就可以得到原始采樣的音頻數(shù)據(jù)。音頻數(shù)據(jù)按不同聲道依次排列。

3.1音頻報(bào)警

對(duì)于音頻報(bào)警，系統(tǒng)按照不同聲道取出的音頻數(shù)據(jù)就是該聲道的音量值，我們預(yù)先設(shè)定了音量閾值，如果實(shí)際音量值在一段時(shí)間內(nèi)一直保持在我們預(yù)先設(shè)定的閾值以下，該時(shí)間段的音頻就處于靜音狀態(tài)。因?yàn)榭梢詫?duì)不同聲道進(jìn)行取值，所以靜音報(bào)警可以針對(duì)每個(gè)聲道進(jìn)行單獨(dú)報(bào)警。目前，衛(wèi)星信號(hào)中傳輸?shù)囊纛l數(shù)據(jù)往往是用同一個(gè)PID傳輸兩路音頻信號(hào)，左聲道可能是電視伴音，右聲道可能是一路廣播節(jié)目。對(duì)于這種情況，由于監(jiān)測對(duì)象的不同就要區(qū)分不同聲道進(jìn)行報(bào)警。音頻報(bào)警類型主要是無伴音告警。

3.2視頻報(bào)警

對(duì)于視頻報(bào)警，系統(tǒng)接收到的視頻數(shù)據(jù)經(jīng)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(diǎn)的亮度信號(hào)，UV是像素點(diǎn)的色差信號(hào)。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(gè)大小相同的子區(qū)域，取每個(gè)區(qū)域的亮度值Y的總合建成一個(gè)m*n的亮度矩陣，通過對(duì)亮度矩陣的分析來判斷報(bào)警。

視頻報(bào)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(gè)設(shè)定的閾值，并持續(xù)一個(gè)設(shè)定的時(shí)間段，則該時(shí)間段圖像為黑場，報(bào)出黑屏報(bào)警，如果沒有視頻輸入，那么判定無數(shù)據(jù)，同時(shí)會(huì)輸出黑場圖像，也會(huì)報(bào)出黑屏告警。 對(duì)于靜幀報(bào)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(gè)對(duì)應(yīng)位置的亮度值都基本相同，那么這兩幀圖像相似。如果一個(gè)時(shí)間頻段內(nèi)的視頻信號(hào)所有連續(xù)的兩幀圖像均相似，那么該時(shí)間段內(nèi)圖像靜幀，報(bào)出靜幀報(bào)警。

3.3報(bào)警組合

當(dāng)音頻信號(hào)出現(xiàn)靜音或者視頻信號(hào)出現(xiàn)靜幀或黑場等異常情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)判斷并計(jì)時(shí)，當(dāng)異常信號(hào)持續(xù)一定時(shí)長（預(yù)先設(shè)定的可更改的閾值），系統(tǒng)產(chǎn)生報(bào)警。當(dāng)信號(hào)恢復(fù)正常后，停止報(bào)警。

報(bào)警組合有兩種報(bào)警類型，一是只有音頻靜音而同時(shí)刻沒有視頻報(bào)警時(shí)產(chǎn)生報(bào)警，如：無伴音報(bào)警。二是另一種視頻信號(hào)異常，同時(shí)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行測量產(chǎn)生組合的報(bào)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(shí)刻只有一種報(bào)警存在，例如，如果先報(bào)的是靜幀無伴音，如果靜幀結(jié)束但無伴音仍然存在，系統(tǒng)將先報(bào)靜幀無伴音結(jié)束，然后接著報(bào)無伴音開始，直到有伴音后再報(bào)無伴音結(jié)束。

在實(shí)際應(yīng)用中，很多正常節(jié)目會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間靜幀或無聲情況，如財(cái)經(jīng)類節(jié)目或棋類節(jié)目就經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)長時(shí)間靜止解說畫面。為了避免經(jīng)常性誤報(bào)警，此類節(jié)目的報(bào)警閾值可以適當(dāng)?shù)募哟?，如果普通?jié)目的靜幀閾值設(shè)的是10秒，此類節(jié)目的閾值可以設(shè)為20秒。

監(jiān)測系統(tǒng)為每個(gè)節(jié)目的不同報(bào)警（靜音、黑場、靜幀）都可以設(shè)定閾值，閾值應(yīng)該根據(jù)每個(gè)節(jié)目的實(shí)際情況來專門設(shè)定。監(jiān)測系統(tǒng)為不同的節(jié)目設(shè)置不同的報(bào)警閾值，降低誤報(bào)警的幾率。

4.音視頻報(bào)警配置原則

音視頻檢測系統(tǒng)的告警配置在每一臺(tái)監(jiān)測報(bào)警服務(wù)器上，由監(jiān)測報(bào)警服務(wù)器將報(bào)警推送至集中報(bào)警系統(tǒng)、輪巡多畫系統(tǒng)、語音報(bào)警服務(wù)器等進(jìn)行不同形式的顯示，如：語音、日志、OSD、數(shù)據(jù)庫、短信、標(biāo)題欄、邊框等。

以衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)為例，大屏監(jiān)看顯示服務(wù)器收到報(bào)警后，通過顯示邊框變色提示告警;語音報(bào)警服務(wù)收到報(bào)警后，會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)聲光告警;輪巡多畫系統(tǒng)收到報(bào)警后，會(huì)彈出節(jié)目畫面，顯示報(bào)警內(nèi)容;轉(zhuǎn)碼服務(wù)器收到報(bào)警后，如果設(shè)置了觸發(fā)錄像報(bào)警的故障觸發(fā)時(shí)，系統(tǒng)還會(huì)對(duì)所有報(bào)警節(jié)目所在的碼流通道進(jìn)行錄制。

在具體的設(shè)置中，系統(tǒng)支持多種情況下的故障監(jiān)測，包括黑場、靜幀、視頻丟失、解碼異常、臺(tái)標(biāo)丟失等等視頻故障監(jiān)測，支持音頻丟失、音量過高、音量過低等音頻故障監(jiān)測。但是對(duì)于衛(wèi)星地球站來說，對(duì)內(nèi)容的關(guān)注度不高，對(duì)傳輸質(zhì)量的關(guān)注度較高，因此，衛(wèi)星地球站音視頻監(jiān)測系統(tǒng)的告警類型側(cè)重于與傳輸質(zhì)量有關(guān)的黑屏、靜幀、無伴音告警。

對(duì)于音頻參數(shù)，可以對(duì)聲道、音頻丟失、音頻加擾、靜音、音量過高、音量過低等項(xiàng)目進(jìn)行判斷，對(duì)于音頻丟失的時(shí)長和判斷音頻丟失的電平門限等內(nèi)容可以根據(jù)用戶需要進(jìn)行設(shè)置。對(duì)于視頻參數(shù)，可以對(duì)視頻丟失、視頻加擾、馬賽克、解碼異常、黑場、靜幀、彩條、臺(tái)標(biāo)等視頻故障進(jìn)行檢測，對(duì)故障的持續(xù)時(shí)間，根據(jù)不同節(jié)目的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置，部分項(xiàng)目可以精確到每一幀圖像進(jìn)行檢測。

對(duì)所有廣播電視節(jié)目，音視頻監(jiān)測系統(tǒng)根據(jù)節(jié)目內(nèi)容和以往監(jiān)測經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行分類，對(duì)判決門限設(shè)置略有不同。對(duì)常常出現(xiàn)靜止畫面的，如棋類節(jié)目和節(jié)目源容易出現(xiàn)異常的波動(dòng)節(jié)目，門限設(shè)置會(huì)更寬松;對(duì)節(jié)目源相對(duì)穩(wěn)定、很少出現(xiàn)音視頻告警的節(jié)目，門限設(shè)置相對(duì)嚴(yán)格。

5.結(jié)語

廣播電視地球站肩負(fù)著大量廣播電視節(jié)目的傳輸工作，是黨和國家的喉舌和形象，信號(hào)傳輸?shù)馁|(zhì)量安全極為重要。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)通過節(jié)目傳輸?shù)闹匾コ龉?jié)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測和把控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)傳輸問題并針對(duì)故障進(jìn)行報(bào)警，使從發(fā)射到接收的全鏈路都在監(jiān)測之內(nèi)，使專業(yè)技術(shù)人員可以應(yīng)對(duì)故障進(jìn)行異態(tài)處置，確保了廣播電視信號(hào)穩(wěn)定傳輸，在廣播電視安全傳輸發(fā)射中發(fā)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(wèi)星傳輸發(fā)射。