田晨光
(作者單位:寧夏廣播電視臺(tái))
安全播出是廣播電視的生命線,近年來(lái)我國(guó)對(duì)于電視安全播出的質(zhì)量要求越來(lái)越高,安全要求越來(lái)越嚴(yán)。傳統(tǒng)的電視安全播出主要依靠人工進(jìn)行故障的判斷和應(yīng)急處置,往往因?yàn)殄e(cuò)誤判斷和操作失誤,造成重大或特大安全播出事故,給廣播電視臺(tái)造成極大的負(fù)面影響。隨著廣播電視技術(shù)向著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化方向發(fā)展,單純依靠人力保證安全優(yōu)質(zhì)播出已不能適應(yīng)當(dāng)今廣播電視迅速發(fā)展的要求。通過(guò)對(duì)廣播電視技術(shù)的不斷探索和新技術(shù)的應(yīng)用,設(shè)計(jì)建設(shè)電視智能應(yīng)急自動(dòng)切換系統(tǒng),可以滿足電視安全播出的需求,為安全播出提供堅(jiān)強(qiáng)有力的技術(shù)保障[1]。
《廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)“十四五”發(fā)展規(guī)劃》(以下簡(jiǎn)稱《“十四五”發(fā)展規(guī)劃》)強(qiáng)調(diào),健全現(xiàn)代化安防播控體系,筑牢守好廣播電視和網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)陣地,堅(jiān)持總體國(guó)家安全觀,統(tǒng)籌發(fā)展,落實(shí)意識(shí)形態(tài)工作責(zé)任制和安全播出責(zé)任制,按照“字字千鈞、秒秒政治、天天考試”的要求,把好關(guān)口、守好陣地,強(qiáng)化安全播出,全面提升技術(shù)保障能力。不斷加強(qiáng)安全技術(shù)裝備,強(qiáng)化廣播電視安全播出應(yīng)急演練,著力提升廣播電視系統(tǒng)的安全防護(hù)、運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)急處置水平,筑牢安全播出屏障?!丁笆奈濉卑l(fā)展規(guī)劃》提出加強(qiáng)智慧廣電運(yùn)維新技術(shù)研發(fā)應(yīng)用,建立廣播電視智慧運(yùn)維體系,不斷提升廣播電視各技術(shù)系統(tǒng)故障判斷、故障分析、應(yīng)急處置、技術(shù)巡檢、遠(yuǎn)程調(diào)控等自動(dòng)化水平和工作效能;進(jìn)一步推進(jìn)安全播出新技術(shù)的應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)“以技術(shù)對(duì)技術(shù),以技術(shù)管技術(shù)”的總體要求,強(qiáng)化廣播電視制播傳輸、安全管理、預(yù)警監(jiān)測(cè)、應(yīng)急處置系統(tǒng)能力,不斷提升數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化和信息化水平[2]。
在電視播出系統(tǒng)中,傳統(tǒng)的電視播出監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要是對(duì)電視播出信號(hào)進(jìn)行監(jiān)測(cè),對(duì)于監(jiān)測(cè)出的異常信號(hào)(黑場(chǎng)、靜音、靜幀等故障畫(huà)面)也只限于提供聲、光、電報(bào)警,并不能對(duì)異常信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)應(yīng)急處理和干預(yù),完全要依靠人工方式進(jìn)行故障判斷和應(yīng)急處置。電視播出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜,系統(tǒng)環(huán)節(jié)設(shè)備多,信號(hào)復(fù)用廣,導(dǎo)致電視播出信號(hào)輸出故障難以在短時(shí)間內(nèi)被排查出來(lái),給應(yīng)急處置帶來(lái)了極大的困難和挑戰(zhàn);人工應(yīng)急處置對(duì)于值班人員的業(yè)務(wù)要求非常高,值班人員不僅要非常熟悉電視播出系統(tǒng)流程,時(shí)刻保持應(yīng)急處置的工作狀態(tài),更要在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行正確的應(yīng)急處置。國(guó)家廣播電視總局將電視播出事故劃分為一般事故、重大事故和特大事故。重大事故界定為重保期的重點(diǎn)時(shí)段(省級(jí)上星頻道 ≥10 s)、非重保期的重點(diǎn)時(shí)段(省級(jí)上星頻道 ≥20 s)、重保期的日常時(shí)段(省級(jí)上星頻道 ≥45 s)、非重保期的日常時(shí)段(省級(jí)上星頻道≥1 s),以上因素都給值班工作帶來(lái)了不小的挑戰(zhàn),傳統(tǒng)的人工應(yīng)急處置方式已不能完全滿足現(xiàn)有的電視播出安全保障需求。
為切實(shí)做好電視安全播出工作,引入了智能應(yīng)急自動(dòng)切換系統(tǒng),該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)理念是將電視播出視音頻信號(hào)采集、監(jiān)測(cè)、比對(duì)分析及自動(dòng)應(yīng)急切換功能匯集于一身,滿足電視播出安全化、智能化的要求。智能應(yīng)急自動(dòng)切換系統(tǒng)可以對(duì)電視播出系統(tǒng)主、備鏈路中各節(jié)點(diǎn)的視音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)異態(tài)監(jiān)測(cè),并對(duì)主、備鏈路中的同一視音頻信號(hào)進(jìn)行一致性比對(duì),完成邏輯分析判斷,通過(guò)預(yù)設(shè)策略機(jī)制和比對(duì)結(jié)果,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電視播出系統(tǒng)中主、備鏈路的故障信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制切換,確保主、備鏈路信號(hào)播出正常。該系統(tǒng)提供自動(dòng)/手動(dòng)兩種應(yīng)急切換模式,自動(dòng)切換精度可達(dá)到毫秒級(jí),并擁有配套報(bào)警機(jī)制,通過(guò)語(yǔ)音、聲光、圖像、文字等形式對(duì)值班人員進(jìn)行全方位提示告警。
根據(jù)現(xiàn)有電視播出系統(tǒng)架構(gòu),將智能切換系統(tǒng)植入電視播出系統(tǒng)中。首先,智能切換系統(tǒng)作為輔助系統(tǒng),不會(huì)影響電視播出系統(tǒng)原有的整體架構(gòu)和正常運(yùn)行。智能應(yīng)急切換系統(tǒng)首先對(duì)電視播出系統(tǒng)環(huán)節(jié)上主、備鏈路及各節(jié)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行多路實(shí)時(shí)采集,并對(duì)分組后的信號(hào)內(nèi)容進(jìn)行異態(tài)檢測(cè),實(shí)施一致性比對(duì)。其次,每組比對(duì)任務(wù)可完成多個(gè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)之間的信號(hào)比對(duì),通過(guò)一致性比對(duì)配置參數(shù)執(zhí)行多個(gè)比對(duì)任務(wù)。再次,智能應(yīng)急切換系統(tǒng)根據(jù)應(yīng)急策略對(duì)主、備鏈路節(jié)點(diǎn)上同一視音頻信號(hào)進(jìn)行一致性比對(duì),并分析產(chǎn)生比對(duì)結(jié)果,如果出現(xiàn)單路節(jié)點(diǎn)比對(duì)異常,將觸發(fā)應(yīng)急切換指令,如果出現(xiàn)雙路節(jié)點(diǎn)比對(duì)同時(shí)異常,將觸發(fā)報(bào)警機(jī)制,提請(qǐng)人工手動(dòng)干預(yù)策略。
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)主要由智能匯總管理平臺(tái)、視音頻信號(hào)采集模塊、視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊、一致性比對(duì)分析模塊、智能切換模塊等部分構(gòu)成。智能匯總管理平臺(tái)作為該系統(tǒng)的大腦,具有異常結(jié)果匯總過(guò)濾、比對(duì)結(jié)果匯總過(guò)濾、多組異態(tài)結(jié)果邏輯判斷、多組比對(duì)結(jié)果邏輯判斷、異態(tài)時(shí)長(zhǎng)閾值判斷、比對(duì)不一致時(shí)長(zhǎng)閾值判斷、應(yīng)急面板指令發(fā)布、UI界面(用戶界面)告警結(jié)果推送、檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)庫(kù)記錄等功能。
視音頻信號(hào)采集模塊、視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊、一致性比對(duì)分析模塊為該系統(tǒng)核心應(yīng)用模塊,主要負(fù)責(zé)電視播出系統(tǒng)信號(hào)的采集、信號(hào)異常監(jiān)測(cè)、信號(hào)一致性比對(duì)分析,并將檢測(cè)結(jié)果發(fā)布給智能匯總管理平臺(tái)。視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊主要是對(duì)采集后的視音頻信號(hào)進(jìn)行實(shí)行監(jiān)測(cè),對(duì)采集信號(hào)的監(jiān)測(cè)范圍包括靜幀、黑場(chǎng)、彩場(chǎng)、彩條、信號(hào)丟失、靜音、左/右聲道音頻反相、幅型變換、臺(tái)標(biāo)、高清時(shí)鐘、特定包裝圖案、底飛字幕等[3]。一致性比對(duì)分析模塊負(fù)責(zé)對(duì)主、備(或多組)視頻信號(hào)之間差異、延時(shí)、偏移進(jìn)行分析,主要是基于視頻信號(hào)的圖像匹配,采用圖像內(nèi)容匹配檢測(cè)、視頻信號(hào)延時(shí)測(cè)量和像素漂移檢測(cè)??苫趫D像匹配方法,包括圖像內(nèi)容匹配、像素漂移檢測(cè)。一致性比對(duì)分析模塊支持比對(duì)模板的創(chuàng)建,過(guò)濾不需要比對(duì)的區(qū)域,可以根據(jù)用戶的實(shí)際情況設(shè)置異常故障報(bào)警閾值和比對(duì)忽略閾值。
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)在進(jìn)行信號(hào)監(jiān)測(cè)的同時(shí),將采集信號(hào)轉(zhuǎn)為IP流發(fā)送到客戶端工作站,為值班人員提供高質(zhì)量、低延遲的IP信號(hào)預(yù)覽。智能匯總管理平臺(tái)通過(guò)串口線纜與應(yīng)急切換面板連接,應(yīng)急切換面板經(jīng)通用接口(General Purpose Interface,GPI)與電視播出系統(tǒng)末級(jí)信號(hào)切換3選1倒換設(shè)備互接,通過(guò)邏輯分析和門(mén)限閾值,智能匯總管理平臺(tái)可控制3選1倒換設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)主路、備路、二備信號(hào)的應(yīng)急切換,同時(shí)應(yīng)急切換面板的狀態(tài)與客戶端顯示界面的信息保持同步一致,確保智能應(yīng)急切換系統(tǒng)能夠穩(wěn)定可靠運(yùn)行。
圖1 智能應(yīng)急切換系統(tǒng)關(guān)聯(lián)圖
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)的核心部分是由視音頻信號(hào)采集模塊、視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊、一致性比對(duì)分析模塊和智能控制切換模塊相互協(xié)同工作,共同完成電視播出信號(hào)的監(jiān)測(cè)、報(bào)警、一致性比對(duì)分析和自動(dòng)應(yīng)急倒換。
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)采用專業(yè)視音頻采集服務(wù)器,配置嵌入式專業(yè)視音頻采集板卡,實(shí)現(xiàn)一機(jī)多卡、一卡多路的采集功能,滿足廣播電視系統(tǒng)標(biāo)清(SD)或高清(HD-SDI)接口的視音頻信號(hào)采集,串行數(shù)字接口(Serial Digital Interface,SDI)是廣播電視專業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)接口。視音頻信號(hào)采集模塊對(duì)電視播出信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和編碼,并將視音頻信號(hào)轉(zhuǎn)為IP流推送至一致性比對(duì)分析服務(wù)器和客戶端工作站。
視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊主要采用的是逐幀檢測(cè)的方式,目的是以最快的速度發(fā)現(xiàn)異常情況,以達(dá)到最高的靈敏度。視音頻監(jiān)測(cè)的異常范圍主要包括視頻丟失、黑場(chǎng)、靜幀、臺(tái)標(biāo)異常、彩條、彩場(chǎng)、靜音、左/右聲道音頻反相等。
視音頻信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警模塊配置異常監(jiān)測(cè)報(bào)警門(mén)限,主要基于頻道等級(jí)、重要保障期、重點(diǎn)時(shí)段、報(bào)警持續(xù)時(shí)長(zhǎng)、責(zé)任單位屬性來(lái)設(shè)定報(bào)警等級(jí)和判定規(guī)則。系統(tǒng)也可以根據(jù)選擇的報(bào)警頻道屬性和報(bào)警等級(jí)自動(dòng)匹配報(bào)警參數(shù),值班人員可以對(duì)報(bào)警結(jié)果進(jìn)行審核。而在實(shí)際電視節(jié)目播出特效中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)短暫的黑場(chǎng)、靜幀、靜音等內(nèi)容,為避免系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)誤報(bào)信息,提高監(jiān)測(cè)的準(zhǔn)確性,在此需要配置異常監(jiān)測(cè)報(bào)警門(mén)限,并優(yōu)化報(bào)警參數(shù)。異常監(jiān)測(cè)報(bào)警門(mén)限設(shè)定主要依據(jù)是廣播電視專業(yè)技術(shù)指標(biāo)和國(guó)家廣播電視總局界定的安全播出事故等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
傳統(tǒng)信號(hào)監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)只能監(jiān)測(cè)單一信號(hào)的狀態(tài),不能對(duì)所監(jiān)測(cè)的信號(hào)進(jìn)行一致性比對(duì)和分析。一致性比對(duì)分析模塊主要負(fù)責(zé)電視播出系統(tǒng)中同一信號(hào)內(nèi)容在主、備鏈路上的相關(guān)性比對(duì),利用幀間提取特征值算法對(duì)信號(hào)進(jìn)行比對(duì)分析。當(dāng)電視播出系統(tǒng)主、備鏈路中出現(xiàn)了單路音視頻信號(hào)異態(tài),該模塊根據(jù)比對(duì)信號(hào)分組進(jìn)行比對(duì)分析,依據(jù)邏輯策略,快速定位。因?yàn)殡娨暡コ鱿到y(tǒng)建有統(tǒng)一的同步系統(tǒng),所以同一信號(hào)在經(jīng)過(guò)不同鏈路和不同設(shè)備時(shí),延時(shí)差異并不明顯,但是不同鏈路上各設(shè)備編解碼方式有所不同,所以視頻和音頻信號(hào)會(huì)有不同的細(xì)小差別,對(duì)于這種人眼無(wú)法識(shí)別的差異,一致性比對(duì)分析模塊也可以快速識(shí)別和判斷,為整個(gè)播出系統(tǒng)應(yīng)急響應(yīng)提供依據(jù)。
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)在滿足觸發(fā)條件時(shí),能夠快速進(jìn)行自動(dòng)倒換,對(duì)即時(shí)性故障做到1 s內(nèi)完成自動(dòng)倒換(如信號(hào)丟失、黑場(chǎng)、彩場(chǎng)、彩條等),對(duì)于其他需要時(shí)間累積的故障(如靜幀、靜音等),系統(tǒng)能夠以最快的速度進(jìn)行處理且時(shí)間不超過(guò)3 s,應(yīng)急切換時(shí)間完全符合國(guó)家廣播電視總局界定的播出事故最小范圍。
智能控制切換模塊在系統(tǒng)中配置客戶端工作站、應(yīng)急切換面板、3選1倒換設(shè)備、報(bào)警音箱、顯示器??蛻舳斯ぷ髡局饕菫橹蛋嗳藛T提供系統(tǒng)播出信號(hào)界面展示和聲光報(bào)警,負(fù)責(zé)人機(jī)交互,實(shí)現(xiàn)信號(hào)節(jié)點(diǎn)的畫(huà)面預(yù)覽、觸摸屏應(yīng)急切換、文字報(bào)警提示、語(yǔ)音報(bào)警、自動(dòng)倒換提示、日志查詢及系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)等功能。應(yīng)急切換面板提供自動(dòng)/手動(dòng)兩種切換模式,在自動(dòng)模式下,系統(tǒng)根據(jù)比對(duì)分析檢測(cè)結(jié)果,作出邏輯判斷,由應(yīng)急切換面板通過(guò)GPI控制主、備鏈路3選1倒換設(shè)備,實(shí)現(xiàn)信號(hào)的倒換,并且在面板上可以實(shí)時(shí)反饋在播信號(hào)源的狀態(tài)。在特殊情況下,可以切換到手動(dòng)模式,手動(dòng)模式具備最高優(yōu)先權(quán)。應(yīng)急面板內(nèi)置蜂鳴報(bào)警器,并具備面板鎖定功能,可有效避免人為誤操作。此外,應(yīng)急切換面板配置心跳檢測(cè)接口,定期發(fā)送心跳監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)給智能匯總管理服務(wù)器,服務(wù)器可以實(shí)時(shí)檢測(cè)其在線狀態(tài),如發(fā)生意外掉電或設(shè)備故障,系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出報(bào)警提示。
為確保比對(duì)分析結(jié)果的準(zhǔn)確性,對(duì)信號(hào)比對(duì)節(jié)點(diǎn)的選擇就尤為重要,可以選擇主、備鏈路間不同設(shè)備的信號(hào)比對(duì)分析,主、備鏈路末級(jí)信號(hào)的比對(duì)分析,主、備信號(hào)源之間的比對(duì)分析[4]。一致性比對(duì)分析模塊能夠?qū)崿F(xiàn)多組同一信號(hào)的比對(duì)和分析,并根據(jù)用戶需求選擇相應(yīng)的策略、多種比對(duì)組合邏輯,適配不同應(yīng)用場(chǎng)景、不同節(jié)目特性、不同時(shí)段,完成異態(tài)信號(hào)的比對(duì)分析。
信號(hào)節(jié)點(diǎn)的比對(duì)分析數(shù)量越多,比對(duì)關(guān)系任務(wù)越緊密,比對(duì)分析產(chǎn)生的結(jié)果越精確。比對(duì)分析節(jié)點(diǎn)的關(guān)系任務(wù)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。具體比對(duì)關(guān)系如圖2、圖3所示:
圖2 高清信號(hào)比對(duì)關(guān)系設(shè)計(jì)
圖3 高清—標(biāo)清信號(hào)比對(duì)關(guān)系設(shè)計(jì)
一致性比對(duì)分析模塊作為系統(tǒng)的重要核心,主要是對(duì)視音頻信號(hào)的一致性進(jìn)行比對(duì)分析,有效地測(cè)量主、備鏈路視音信號(hào)之間的差異、延時(shí)、偏移。一致性比對(duì)模塊通過(guò)特殊算法提取特征值來(lái)進(jìn)行比對(duì)分析,特征值是一組能夠完全表征視頻圖像內(nèi)容或音頻內(nèi)容的關(guān)鍵數(shù)據(jù)。該模塊對(duì)采集后的視頻節(jié)目進(jìn)行逐幀區(qū)域劃分,主要是尋找視頻圖像中的關(guān)鍵點(diǎn)及其坐標(biāo)位置,以及關(guān)鍵點(diǎn)周圍的光照變化信息等。音頻特征值按照時(shí)間進(jìn)行分割,對(duì)采集音頻脈沖編碼調(diào)制(Pulse Code Modulation,PCM)數(shù)據(jù)進(jìn)行分幀處理,并對(duì)分幀處理后的每一幀數(shù)據(jù)進(jìn)行特殊計(jì)算,將音頻數(shù)據(jù)從時(shí)域轉(zhuǎn)換為頻域數(shù)據(jù),然后從頻譜分片獲取音頻特征值。在進(jìn)行特征值提取時(shí)對(duì)每幀視頻特征值和音頻特征值賦予連續(xù)計(jì)數(shù)標(biāo)識(shí),可以作為比對(duì)同步的依據(jù)。
一致性比對(duì)分析模塊在比對(duì)環(huán)節(jié)中建立視音頻特征值緩沖區(qū),在緩沖區(qū)內(nèi)對(duì)視音頻信號(hào)進(jìn)行初步同步,比對(duì)服務(wù)器在一個(gè)比對(duì)任務(wù)中會(huì)收集兩組特征值進(jìn)行比對(duì),假定其中“a1”和“b2”對(duì)應(yīng)的畫(huà)面內(nèi)容是一致的,“a2”和“b3”對(duì)應(yīng)的畫(huà)面是一致的,以此類推,“a(N-1)”和“b(N)”對(duì)應(yīng)的畫(huà)面是一致的,“a1”和“b2”在各自數(shù)組中的位置分別是第1個(gè)和第2個(gè),1-2=-1,-1就是經(jīng)過(guò)查找同步確定的幀差參數(shù),初步建立同步關(guān)系[5];此時(shí),還須建立精確同步關(guān)系,當(dāng)信號(hào)中出現(xiàn)轉(zhuǎn)場(chǎng)關(guān)鍵幀,可以利用轉(zhuǎn)場(chǎng)關(guān)鍵幀作為同步的判決條件,建立精確同步,直到比對(duì)關(guān)系結(jié)束。
觸摸屏的設(shè)計(jì)是將屏幕監(jiān)看和應(yīng)急切換合而為一,以便捷的方式顯示“主路、備路、二備”當(dāng)前可用信號(hào)的狀態(tài),并提供在播信號(hào)的監(jiān)看功能,還可以為用戶提供系統(tǒng)的運(yùn)行模式、報(bào)警提示和播出日志信息等。觸摸屏擁有多種顯示布局模式,可以實(shí)現(xiàn)單個(gè)頻道監(jiān)看,也可以同時(shí)劃分多個(gè)頻道的信號(hào)監(jiān)看,每路監(jiān)看信號(hào)可標(biāo)識(shí)不同顏色來(lái)區(qū)分播出信號(hào)的狀態(tài),為人工手動(dòng)應(yīng)急提供快速判斷和選擇。
觸摸屏作為應(yīng)急切換面板的輔助設(shè)備,通過(guò)觸控屏按鍵提供快速人工手動(dòng)應(yīng)急切換,還可以實(shí)現(xiàn)一鍵多切和一鍵全切的應(yīng)急操作模式,也支持多點(diǎn)觸摸,實(shí)現(xiàn)“組合鍵”操作設(shè)置,同時(shí)在保護(hù)模式下,可實(shí)現(xiàn)強(qiáng)制切換操作,從而有效提高觸摸屏使用的安全性[6]。
智能應(yīng)急切換系統(tǒng)的使用為電視播出系統(tǒng)的安全性帶來(lái)了保障,實(shí)現(xiàn)降低安全播出差錯(cuò)率和事故等級(jí),提高安全播出運(yùn)行與管理水平的目標(biāo),減輕了一線值班人員的工作壓力,提高了電視播出安全保障能力,為智慧廣電轉(zhuǎn)型升級(jí)提供了新的思路,也是落實(shí)國(guó)家智慧廣電戰(zhàn)略的重要體現(xiàn)。