云計算在電視臺廣播數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

任智榮

（玉溪市廣播電視安全播出監(jiān)測中心，云南 玉溪 653100）

0 引言

隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，廣播電視在取得越來越好的發(fā)展成果的同時，其監(jiān)測系統(tǒng)普遍存在嚴(yán)重的丟包現(xiàn)象和安全漏洞問題，并且數(shù)據(jù)處理速率低，嚴(yán)重影響監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行[1-3]。為了提高系統(tǒng)監(jiān)測廣播電視播出狀態(tài)的效率，提升電視播出內(nèi)容的質(zhì)量，本文利用云計算技術(shù)設(shè)計了一種新的廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)。

1 廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)硬件設(shè)計

1.1 系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計

本文基于B/S 模型將系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計為3 層[4-5]，分別是信號接入層、匯聚層以及應(yīng)用層。信號接入層負(fù)責(zé)將各監(jiān)測節(jié)點采集的音視頻信號接入本文系統(tǒng)，并轉(zhuǎn)換成H.264 標(biāo)準(zhǔn)和mp3 格式的數(shù)據(jù)。利用信號轉(zhuǎn)換板卡將各監(jiān)測節(jié)點的各路節(jié)目信號轉(zhuǎn)換為IP 信號，以組播方式接入交換機(jī)，實現(xiàn)信號輸出[6-7]。匯聚層負(fù)責(zé)整合接入層的信號。設(shè)置3 臺交換機(jī)，并且設(shè)計存儲模塊和報警模塊，具備查詢、存儲和報警功能，可以根據(jù)不同的輸出地址規(guī)劃網(wǎng)段，同時檢測節(jié)點是否故障，避免因節(jié)點故障而影響數(shù)據(jù)傳輸效率。應(yīng)用層負(fù)責(zé)識別音視頻內(nèi)容，發(fā)送判斷指令。信號定位器接收指令后，記錄監(jiān)測板卡的信號參數(shù)，在本地存儲[8]，并將信號參數(shù)傳輸至顯示終端。顯示終端獲取信號后，對比廣播電視播出狀態(tài)，判斷是否出現(xiàn)異常[9]。

1.2 數(shù)字電視發(fā)射機(jī)選型

數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的作用是將輸入的數(shù)字信號進(jìn)行調(diào)制、放大以及進(jìn)行功率的分配和合成等處理，因此，其選型非常重要。本文選用HTUD/HTVD-500W地面數(shù)字發(fā)射機(jī)，由數(shù)字電視發(fā)射機(jī)、同軸切換開關(guān)和天線組成。信號經(jīng)過發(fā)射機(jī)后，通過同軸開關(guān)進(jìn)行天線的匹配，由天線實現(xiàn)傳輸。采用前向糾錯等方式對信號數(shù)據(jù)碼流進(jìn)行編碼，進(jìn)而形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)塊。將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成幀數(shù)據(jù)，通過幀數(shù)據(jù)與幀頭的組合輸出信號，同時利用變頻處理將輸出信號轉(zhuǎn)換為變頻信號，通過天線發(fā)送信號。

2 廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)軟件設(shè)計

2.1 音視頻播出信號監(jiān)測

監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測各路信號，將信號進(jìn)行壓縮編碼，轉(zhuǎn)換為IP 信號后通過網(wǎng)線傳送至音頻服務(wù)器，實現(xiàn)信號存儲[10]。監(jiān)聽模塊可以循環(huán)播放廣播內(nèi)容，在播放廣播的過程中監(jiān)聽視頻信號和音頻信號，若視頻和音頻信號缺失數(shù)據(jù)，并且缺失時間持續(xù)較長，則判定該信號出現(xiàn)異常情況，此時系統(tǒng)發(fā)出報警。在電視節(jié)目的監(jiān)測中，按照H.264 的標(biāo)準(zhǔn)和mp3 格式編碼視頻信號和音頻信號并轉(zhuǎn)換為IP信號，將轉(zhuǎn)換后的信號傳送到媒體多畫面處理器進(jìn)行存儲和顯示。

2.2 云計算技術(shù)調(diào)度監(jiān)測資源

通過云計算技術(shù)傳輸和調(diào)度多源監(jiān)測數(shù)據(jù)，為了加強(qiáng)保密性，通過系統(tǒng)云端存儲監(jiān)測數(shù)據(jù)[11]。完成數(shù)據(jù)存儲后，同步化管理多源數(shù)據(jù)。但是由于廣播電視監(jiān)測系統(tǒng)在傳輸與調(diào)度數(shù)據(jù)的過程存在丟包現(xiàn)象，因此需要對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理。此外，數(shù)據(jù)在傳輸過程中容易受到各種干擾，為進(jìn)一步提高系統(tǒng)監(jiān)測效果，采用尺度間小波系數(shù)降噪處理數(shù)據(jù)。

在數(shù)據(jù)調(diào)度前，初始化變量，按照質(zhì)量排列需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)子流，傳輸子流質(zhì)量最好的數(shù)據(jù)。通過曲線與表格顯示監(jiān)測結(jié)果的分析情況[12]，同時利用分析模塊統(tǒng)計信息。

2.3 廣播電視多畫面組合顯示

選擇智能化控制的高清晰度顯示終端，實現(xiàn)多畫面的分割顯示和調(diào)度。將彩色音頻和PPM 表進(jìn)行移動和疊加，隨機(jī)選取1～15 路信號，設(shè)置不同尺寸的畫面，實現(xiàn)顯示。濾波處理PCM 值后，將處理結(jié)果轉(zhuǎn)換為分貝形式，通過監(jiān)測分貝，當(dāng)其超過設(shè)定值時觸發(fā)報警。

3 實驗論證分析

為驗證本文設(shè)計系統(tǒng)的可行性，搭建測試環(huán)境進(jìn)行實驗。根據(jù)監(jiān)控中心的實際情況，設(shè)計兩種監(jiān)測系統(tǒng)平臺的機(jī)器配置。一種機(jī)器配置為i3處理器、2 GB 內(nèi)存DDR3，操作系統(tǒng)為Windows 10；另一種機(jī)器配置為CPUT8100 處理器、2 GB 內(nèi)存，操作系統(tǒng)為Windows7 專業(yè)版。每種機(jī)器配置均設(shè)計兩套，每套配置一位測試人員。完成機(jī)器配置后，準(zhǔn)備前端設(shè)備。前端設(shè)備主機(jī)采用DellR310 服務(wù)器，采集設(shè)備為1 臺CPCI 機(jī)器，包括12 塊轉(zhuǎn)碼卡、12 塊解調(diào)卡以及1 塊實時視頻轉(zhuǎn)碼卡。利用Windows 平臺的軟件工具測試性能，設(shè)定本文系統(tǒng)用戶訪問的數(shù)量為500 個，監(jiān)測數(shù)據(jù)量為5 GB，性能測試結(jié)果如表1 所示，系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理速率如表2 所示。

表1 系統(tǒng)性能測試結(jié)果

表2 系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)處理速率

由表1 和表2 可知，系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)響應(yīng)時間隨著數(shù)據(jù)量的增加而變大，但是在數(shù)據(jù)量達(dá)到5GB時，系統(tǒng)響應(yīng)時間均在3 s 以內(nèi)，并且系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)響應(yīng)時間最高值僅為2.01 s，其響應(yīng)時間滿足實際應(yīng)用的要求。同時本文系統(tǒng)在不同負(fù)載環(huán)境下均保持穩(wěn)定運(yùn)行，滿足系統(tǒng)設(shè)計的要求。統(tǒng)計本文測試的代碼質(zhì)量和測試用例質(zhì)量，結(jié)果如表3 所示。其中百行代碼bug 率=（bug 數(shù)/代碼行數(shù)）×100%，測試用例需求覆蓋率=被驗證到的需求數(shù)量/總要求數(shù)量。

表3 系統(tǒng)測試質(zhì)量統(tǒng)計

由表3 可知，用例共282 個，但是其中3 個用例在實驗中未被測試到，分別為錄像用例、參數(shù)用例以及異常報警用例，測試用例覆蓋率約為98.9%，覆蓋率較高，具備參考價值。根據(jù)測試結(jié)果，系統(tǒng)內(nèi)各模塊的bug 率均低于3%，其中異常報警系統(tǒng)模塊的百行代碼bug 率最高，該值僅為2.1%，頻道掃描系統(tǒng)模塊的百行代碼bug 率最低，該值達(dá)到了0.0%，百行代碼bug 率最高值滿足電視臺廣播數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用需求，實際效果較好，具有一定的可行性。

系統(tǒng)的CPU 占比可以有效反映系統(tǒng)的應(yīng)用性能，CPU 占比越低，表明系統(tǒng)的運(yùn)行效果越好，并且影響其他程序運(yùn)行的程度越低。實驗時長為48 h，通過計算機(jī)自帶軟件統(tǒng)計CPU 占比，分析應(yīng)用監(jiān)測系統(tǒng)前后的性能變化，具體實驗結(jié)果如表4 所示。

表4 CPU 占比結(jié)果

根據(jù)表4，應(yīng)用本文系統(tǒng)后的監(jiān)測系統(tǒng)平均CPU 占比僅為21.0%，并且應(yīng)用該監(jiān)測系統(tǒng)后，CPU 占比值相對穩(wěn)定，在運(yùn)行時未出現(xiàn)較大波動，其比應(yīng)用前的32.6%CPU 占比降低了11.1%，有效降低了CPU 占比，應(yīng)用價值更高。之所以出現(xiàn)這種情況，是因為本文監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用了云計算技術(shù)同步管理多源數(shù)據(jù)，并且采用尺度間小波系數(shù)來處理數(shù)據(jù)，從而達(dá)到提高監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行效果的目的。

4 結(jié)語

本文通過系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計、數(shù)字電視發(fā)射機(jī)選型，結(jié)合音視頻播出信號監(jiān)測、云計算技術(shù)調(diào)度監(jiān)測資源以及廣播電視多畫面組合顯示，實現(xiàn)了廣播電視的監(jiān)測。該系統(tǒng)的響應(yīng)時間和bug 率低，具備一定的可行性。受時間和其他條件的限制，本文未涉及對系統(tǒng)智能化和系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信協(xié)議方面的研究，未來將進(jìn)一步改進(jìn)。