數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周 丹

（衡南縣融媒體中心，湖南 衡陽(yáng) 421100）

0 引言

在現(xiàn)代科技廣泛運(yùn)用的背景下，我國(guó)提出了“智慧廣電”戰(zhàn)略，旨在綜合運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議第六版（Internet Protocol Version 6，IPv6）、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)及云計(jì)算等前沿技術(shù)，基于互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星、無(wú)線等載體實(shí)現(xiàn)媒體智能傳播。在該形勢(shì)下，數(shù)字電視得到規(guī)?；占?。為保障數(shù)字電視播放的安全性、順暢性，需科學(xué)設(shè)計(jì)并運(yùn)用視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)數(shù)字電視視頻信號(hào)實(shí)施監(jiān)測(cè)，使其可長(zhǎng)時(shí)間維持穩(wěn)定狀態(tài)，進(jìn)而促進(jìn)數(shù)字廣播電視的發(fā)展，完善數(shù)字電視運(yùn)行管理模式。

1 數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需求

設(shè)計(jì)數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)之前，需明確系統(tǒng)設(shè)計(jì)需求，并于設(shè)計(jì)過(guò)程中盡可能完成所需功能，保障視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量。經(jīng)過(guò)調(diào)研，數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)滿足以下需求。

（1）功能需求。所設(shè)計(jì)的信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)能夠自動(dòng)完成信號(hào)監(jiān)測(cè)作業(yè)，若發(fā)現(xiàn)異常狀況可自動(dòng)報(bào)警；可良好應(yīng)對(duì)部分環(huán)境干擾、人為干擾，一旦出現(xiàn)干擾應(yīng)立即應(yīng)對(duì)；可實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻信號(hào)的集中化監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)結(jié)果統(tǒng)籌整合，在實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信號(hào)監(jiān)測(cè)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)異常狀況統(tǒng)計(jì)分析[1]。

（2）業(yè)務(wù)需求。在現(xiàn)代化環(huán)境下，數(shù)字電視的功能日漸完善，視頻類型多樣。為滿足數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控需求，要求所設(shè)計(jì)的監(jiān)控系統(tǒng)可適應(yīng)數(shù)字電視后續(xù)發(fā)展。因此，設(shè)計(jì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)，需綜合性考量功能業(yè)務(wù)狀況。

（3）任務(wù)需求。所設(shè)計(jì)的信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)具備衛(wèi)星校時(shí)、信號(hào)獨(dú)立監(jiān)測(cè)、矩陣切換以及錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)整合等功能，完成視頻信號(hào)監(jiān)控后可集成處理。要求數(shù)字電視視頻信號(hào)解擾后借助千兆網(wǎng)進(jìn)行傳輸，設(shè)置網(wǎng)線，保障信號(hào)傳輸效率，且視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行。在此基礎(chǔ)上，將監(jiān)控結(jié)果轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)碼視頻呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面，以便臺(tái)站監(jiān)控人員監(jiān)督監(jiān)管，使數(shù)字電視臺(tái)站監(jiān)控人員可通過(guò)監(jiān)看多畫面結(jié)果，進(jìn)行信號(hào)故障排查，最大限度地發(fā)揮出數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的監(jiān)控作用。

2 數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為增強(qiáng)數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)的針對(duì)性，本文選取某數(shù)字電視臺(tái)站為例展開(kāi)具體設(shè)計(jì)分析。

2.1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的核心硬件設(shè)備為監(jiān)測(cè)主機(jī)，需借助硬件準(zhǔn)確監(jiān)控?cái)?shù)字電視信號(hào)傳播情況，監(jiān)測(cè)多個(gè)TS 流頻點(diǎn)，使數(shù)字電視各個(gè)節(jié)目視頻的播放情況可始終維持穩(wěn)定狀態(tài)。經(jīng)綜合分析，監(jiān)測(cè)主機(jī)需具備對(duì)16 個(gè)TS 流頻點(diǎn)同時(shí)監(jiān)測(cè)的功能。大卡解擾機(jī)箱可在主機(jī)與嵌入式模塊之間構(gòu)建互通渠道，且可維持模塊獨(dú)立性。各大卡模塊均可與4 塊小卡有效對(duì)接。各個(gè)小卡可進(jìn)行單個(gè)TS 流頻點(diǎn)數(shù)字電視視頻的信號(hào)監(jiān)控。4 塊大卡構(gòu)成監(jiān)測(cè)主機(jī)，確保不同接口模式與TS 流節(jié)目的接入。完成數(shù)字電視視頻信號(hào)解擾后，可順利播放數(shù)字電視視頻。

大卡監(jiān)控方式的顯著優(yōu)勢(shì)在于可實(shí)時(shí)監(jiān)控，期間無(wú)須進(jìn)行視頻流解碼，應(yīng)用便捷，可提升信號(hào)監(jiān)測(cè)效率。整體上看，大卡解擾機(jī)箱具有兩種監(jiān)控模式：一為數(shù)字電視信號(hào)監(jiān)控，可用于監(jiān)測(cè)大卡解擾信號(hào)；二為模擬電視信號(hào)監(jiān)控，可用于解擾電視信號(hào)，可完成信道碼流監(jiān)測(cè)。數(shù)字電視視頻TS 傳輸流涉及多種信號(hào)格式，如正交相移鍵控（Quadrature Phase Shift Keying，QPSK）、異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）以及正交振幅調(diào)制（Quadrature Amplitude Modulation，QAM）等，數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需合理選擇監(jiān)測(cè)解擾卡[2]。

案例數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用多通道數(shù)字電視解擾卡硬件，將其嵌入至數(shù)字電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，起到信號(hào)傳輸檢測(cè)、解碼傳輸監(jiān)測(cè)及QAM 信號(hào)監(jiān)測(cè)等作用。該硬件設(shè)備具有以下功能：1 對(duì)1 完成數(shù)字電視視頻解擾；設(shè)置板卡頻點(diǎn)，設(shè)置數(shù)字電視視頻輸出地址、組播地址；接收處于頻率范圍內(nèi)的信號(hào)解碼，頻率為50 ～1 000 MHz；對(duì)數(shù)字電視視頻狀態(tài)（如總帶寬、有效帶寬、板卡溫度、符號(hào)率偏移及信號(hào)鎖定等）進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將信號(hào)監(jiān)測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面；支持對(duì)一級(jí)、二級(jí)、三級(jí)錯(cuò)誤的識(shí)別與監(jiān)測(cè)，一旦發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤或異常狀況則立即報(bào)警；與碼流分析儀協(xié)同運(yùn)行，監(jiān)測(cè)數(shù)字電視信號(hào)碼流與信道[3]。

對(duì)數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)情況進(jìn)行歸納，硬件設(shè)備的名稱、數(shù)量及型號(hào)如表1 所示。

表1 數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)

2.2 功能軟件設(shè)計(jì)

完成數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)后，從以下3 個(gè)方面進(jìn)行功能軟件設(shè)計(jì)。

2.2.1 多畫面監(jiān)控

采用IP 連接方式，保障功能軟件的信息傳遞效果，用于解擾解碼視頻信號(hào)，檢測(cè)傳輸碼流信號(hào)，將監(jiān)控結(jié)果轉(zhuǎn)化為轉(zhuǎn)碼視頻呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面，以便臺(tái)站監(jiān)控人員監(jiān)督監(jiān)管。多畫面監(jiān)控功能軟件由IP多畫面主機(jī)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器及嵌入式機(jī)箱構(gòu)成。在該結(jié)構(gòu)中，嵌入式機(jī)箱由冗余熱備份電源、2 U 機(jī)箱殼、多通道監(jiān)測(cè)大卡、CAM 小卡及視音頻編碼卡構(gòu)成。各個(gè)2 U 機(jī)箱可良好嵌入至多通道大卡中，用于完成視頻信號(hào)解碼。大卡之間雖相互關(guān)聯(lián)，但模塊獨(dú)立設(shè)置。該方式不僅便于設(shè)備安裝，還可為硬件的維護(hù)、更換提供便利。大卡信號(hào)可接入至雙網(wǎng)口、RF 口，使IP 流良好傳輸。嵌入式機(jī)箱借助冗余供電方式運(yùn)行，由交流電直接供給冗余備份電源，將其作為中轉(zhuǎn)站，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟?，隨后直接供給大卡，使大卡硬件與交流電隔絕，避免引發(fā)電磁效應(yīng)、熱效應(yīng)對(duì)監(jiān)控設(shè)備運(yùn)行造成干擾[4]。

基于視頻信號(hào)監(jiān)控需求配置CAM 小卡。在此基礎(chǔ)上，設(shè)置模擬信號(hào)，使用碼流分析儀傳輸信道監(jiān)測(cè)結(jié)果，將其傳遞至千兆網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)，使視頻信號(hào)監(jiān)測(cè)結(jié)果呈現(xiàn)為多畫面信息。數(shù)字電視臺(tái)站監(jiān)控人員可通過(guò)監(jiān)看多畫面結(jié)果進(jìn)行信號(hào)故障排查。具體功能結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 多畫面監(jiān)測(cè)功能架構(gòu)

2.2.2 碼流分析監(jiān)測(cè)

設(shè)計(jì)碼流分析監(jiān)測(cè)功能時(shí)，主要借助有線數(shù)字監(jiān)測(cè)大卡、ASI 碼流監(jiān)測(cè)大卡、衛(wèi)星數(shù)字監(jiān)測(cè)大卡，分別對(duì)QAM 信號(hào)、ASI 信號(hào)、QPSK 信源解擾處理，基于千兆網(wǎng)絡(luò)將解擾后的信號(hào)傳輸至系統(tǒng)信號(hào)終端，進(jìn)行傳輸碼流監(jiān)測(cè)。該功能軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，布局合理，可在一定程度上降低誤碼率[5]。

從功能角度來(lái)看，碼流分析監(jiān)測(cè)軟件設(shè)計(jì)時(shí)需以功能、需求為導(dǎo)向進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，主要包括以下內(nèi)容。

（1）通道監(jiān)測(cè)。全方位監(jiān)測(cè)信道指標(biāo)，如QPSK信號(hào)、ASI 信號(hào)、IP 信號(hào)、QAM 信號(hào)、YV 信號(hào)、CMMB 信號(hào)、FM/AM 信號(hào)等，對(duì)上述信道指標(biāo)碼流狀態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量，并展示信號(hào)指標(biāo)強(qiáng)度變化狀況。

（2）TR 101 290 監(jiān)測(cè)。對(duì)290 頻點(diǎn)碼流三級(jí)故障進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。獲取故障信息后，以故障樹(shù)方式清晰呈現(xiàn)故障，顯示錯(cuò)誤信息。

（3）帶寬監(jiān)測(cè)。對(duì)數(shù)字電視視頻信號(hào)帶寬信息錯(cuò)誤報(bào)警，采用列表形式進(jìn)行羅列，進(jìn)一步銜接系統(tǒng)指示燈及畫面顯示系統(tǒng)，采用指示燈及比例圖方式呈現(xiàn)帶寬狀態(tài)。

（4）模板對(duì)比?；跀?shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)測(cè)歷史信息，構(gòu)建信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)模板，篩選典型信號(hào)錯(cuò)誤狀態(tài)設(shè)置為錯(cuò)誤模板，完成視頻信號(hào)初步監(jiān)測(cè)后，將其與錯(cuò)誤模板、標(biāo)準(zhǔn)模板對(duì)比，基于對(duì)比結(jié)果確認(rèn)數(shù)字電視信號(hào)狀態(tài)[6]。

2.2.3 異常語(yǔ)音報(bào)警

報(bào)警軟件屬于數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的輔助性功能。一旦通過(guò)信號(hào)監(jiān)控監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)故障問(wèn)題或異常狀況，可采用語(yǔ)音報(bào)警方式提醒用戶及時(shí)處理。除基礎(chǔ)性語(yǔ)音報(bào)警外，進(jìn)一步設(shè)計(jì)報(bào)警日志功能。設(shè)計(jì)軟件日志功能時(shí)，將軟件與多畫面監(jiān)控軟件對(duì)接。一旦通過(guò)視頻信號(hào)監(jiān)控發(fā)現(xiàn)異常狀況，則觸發(fā)異常語(yǔ)音報(bào)警，相關(guān)信息被實(shí)時(shí)記錄至報(bào)警日志，詳細(xì)記錄視頻信號(hào)異常表現(xiàn)、視頻名稱、故障類型、語(yǔ)音表述內(nèi)容以及觸發(fā)報(bào)警時(shí)間。在數(shù)字電視臺(tái)站日常監(jiān)督管理過(guò)程中，可借助檢索功能定向查詢異常狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)故障歸納整合。

2.3 系統(tǒng)運(yùn)行測(cè)試

按照上述硬件、軟件設(shè)計(jì)思路開(kāi)發(fā)出數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)后，對(duì)其功能進(jìn)行測(cè)試。按照操作規(guī)范運(yùn)行多畫面監(jiān)控、碼流分析監(jiān)測(cè)、異常語(yǔ)音報(bào)警等功能，確認(rèn)功能完好，進(jìn)一步從視頻監(jiān)控實(shí)踐、環(huán)境影響檢測(cè)、碼流信道分析、錄像監(jiān)測(cè)、報(bào)錯(cuò)日志管理、冗余電源熱效應(yīng)以及系統(tǒng)機(jī)房一體化管理等多個(gè)方面測(cè)試該數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)行情況。以下是信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)總體運(yùn)行測(cè)試情況總結(jié)。

（1）系統(tǒng)硬件設(shè)備結(jié)構(gòu)配置合理，監(jiān)測(cè)主機(jī)等核心設(shè)備與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)熱源之間的距離較為安全，熱源不會(huì)干擾核心設(shè)備的運(yùn)用，杜絕了散熱不當(dāng)引發(fā)的死機(jī)問(wèn)題。

（2）解擾解碼大卡采用嵌入式方式融入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中，使系統(tǒng)監(jiān)控模塊可保持獨(dú)立運(yùn)行狀態(tài)，保障了硬件結(jié)構(gòu)的可靠性。

（3）監(jiān)測(cè)主機(jī)可對(duì)多格式視頻形式解碼，如H.264、H.265、AVS、MEPG-4 等，還可順利完成對(duì)ACC+、WMA、MP3、ASF、MID 等格式的音頻解碼，可順利完成監(jiān)控工作，并將信號(hào)監(jiān)控結(jié)果呈現(xiàn)至系統(tǒng)界面上。

（4）監(jiān)控信號(hào)時(shí)，采用隔行掃描方式進(jìn)行視頻信號(hào)監(jiān)控，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)視頻信號(hào)問(wèn)題，且不會(huì)因掃描監(jiān)測(cè)行為而產(chǎn)生數(shù)字電視視頻畫面模糊的情況。

（5）監(jiān)測(cè)主機(jī)主要采用網(wǎng)口獲取監(jiān)控信息，將信號(hào)監(jiān)控結(jié)果傳輸至系統(tǒng)界面，隨后按照監(jiān)控設(shè)定要求分析信號(hào)狀態(tài)，若有異常立即報(bào)警。

（6）數(shù)字電視視頻信號(hào)解擾后借助千兆網(wǎng)進(jìn)行傳輸，使用六類網(wǎng)線，保障了信號(hào)傳輸效率。視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)局域網(wǎng)獨(dú)立運(yùn)行，消除了信號(hào)傳輸?shù)陌踩[患。

整體上看，本文設(shè)計(jì)的數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)功能可靠、運(yùn)行穩(wěn)定、硬件布局科學(xué)，應(yīng)用價(jià)值較高。

3 結(jié)語(yǔ)

在數(shù)字廣電建設(shè)過(guò)程中，為保障數(shù)字電視運(yùn)行效果，實(shí)現(xiàn)安全穩(wěn)定播出，需做好視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。本文基于數(shù)字電視視頻信號(hào)發(fā)射傳播特征合理選擇硬件設(shè)備，對(duì)多畫面監(jiān)控、碼流分析監(jiān)測(cè)、異常語(yǔ)音報(bào)警等功能軟件進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，完成數(shù)字電視視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，并對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證了所設(shè)計(jì)的視頻信號(hào)監(jiān)控系統(tǒng)能夠正常、穩(wěn)定運(yùn)行。