卫星广播电视播出系统的监测方案

2014-04-19吉林省广播电视卫星地球站

卫星与网络 2014年8期

关键词：码流信号源广播电视

+ 吉林省广播电视卫星地球站魏立

卫星广播电视播出系统的监测方案

+ 吉林省广播电视卫星地球站魏立

伴随着TS OVER IP交换和传输技术在广播电视技术监测领域的应用，卫星广播电视播出系统的监测方案也有了新的实现方式，监测功能也有所创新。本文较深入地探讨了卫星广播电视播出系统的监测方案。

卫星广播电视监测 TS码流报警码流录制

上世纪90年代，全国各省级卫视节目相继实现了数字化卫星传输。2000年初，由于非法信号对卫星广播电视节目播出的干扰，全国省级以上广播电视卫星地球站加强了节目播出的安全监测，主要是以各路信号源的码流进行分析、卫星传输信道指标以及卫星下行接收解调制后的码流为主要内容进行监测。通过对数字广播电视信号不同层面的监测，来保证卫星数字广播电视节目的安全播出。

然而，十多年后的今天，数字广播电视监测技术已有了快速的发展，同时各地广电监管部门加强了对数字电视播出信号的监管力度，卫星数字广播电视监测技术的实现手段更加成熟可靠，监测方案日趋完善，功能上也有了新的拓展，做到了数字电视播出的质量监测、内容监测、安全监测和服务监测一体化。

本文就当下卫星广播电视播出系统的监测方案做如下分析，供此应用领域的同行们借鉴。

一、卫星广播电视播出的监测范围

卫星广播电视播出系统监测范围是从信号源到卫星发射、接收进行全区域、多环节、多功能的完整监测；具体从监测环节上来说可分为：

1、信号源监测：针对不同来源的SDI基带信号；

2、编码器输出监测：针对高清或标清编码器输出监测；

3、调制器输出监测：针对调制器输出的节目、码流和RF指标监测；

4、高功放输出监测：针对高功放调制输出射频指标的监测；

5、卫星下行接收的监测：针对卫星下行接收的射频指标及解码后的TS码流监测。

二、卫星广播电视播出监测平台构架的实现

监测平台由设备层和应用层组成，两者之间采用TS OVER IP交换和传输的技术网络连接。TS over IP是一种实现TS（Transport Stream）码流在IP网络中传输的设备。在三网融合的政策背景下，电视前端直播电视信号正逐渐由全ASI（异步串行接口）传输到全IP (网络协议)传输过渡。在市场需求的驱动下，利用IP 传输视频的技术已日趋成熟。该设备主要由一个8bit/10bit解码串并转换模块和一个TCP/IP协议转换模块组成，其系统原理如图1所示。8bit/10bit解码串并转换模块将接收到的10bit数据还原为原始的8bit数据或特殊字符，并将串行数据转换为8位并行数据，方便处理器处理。TCP/IP协议模块将TS码流分组作为IP分组的有效负载，实现了采用IP 传输 TS码流的目的。传输IP码流过程中考虑到IP通道的传输的质量（UDP包的丢包、抖动和延时）。

设备层主要完成TS码流信号、卫星上行发射和下行接收L波段信号的采集，即做如下处理：将SDI基带信号编码后形成TS码流（或其它途径适配来的TS码流）进行IP打包，之后IP码流输出至交换机；对L波段卫星数字电视信号信道参数监测、解调制后码流分析，并将该码流IP打包输出至交换机。

应用层主要实现卫星广播电视播出系统的监测功能，即对广播电视节目进行质量监测、内容监测和安全监测。其中，

图1 TS over IP原理图

质量监测：完成信道指标的监测；

内容监测：完成码流和节目内容指标的监测；

安全监测：卫星主备路信号源、上行发射和下行接收节目内容码流内容一致性监测；

服务监测：通过综合的网管系统对各个监测环节、指标进行统一的管理，保障用户接收卫星数字电视信号的质量和安全可靠性。

三、卫星广播电视播出监测的内容

对卫星广播电视信号进行全环节、多功能的状态监视和参数测量，具体包括信号源等各环节的TS码流信号监测、卫星上行发射和下行接收信道传输质量、卫星上行发射和下行接收信号采取某种方式比对进行的安全监测、接收解码后模拟监测画面输出显示和报警、下行接收频谱报警监测、各种监测数据查寻和存贮等。我们列举其中重点监测内容做如下解读。

1、信号源的码流分析监测

信号源的质量，是播出系统监测的首要内容。通过对不同信号源的码流指标进行实时的监测，可真实迅速对信号源的质量进行客观判断。一般地，采用码流分析仪来对信号源的TS码流进行TR101 290三级的错误检测进行质量分析，对检测出来的错误进行监测及告警。

2、信道信号指标监测

对本站发射的射频信号及同转发器上的卫星频率信号的射频指标实时监测，实现对卫星信道的安全监测。信道监测的指标主要有：射频信号的锁定状态、载波电平、载噪比（C/N）、接收位能量与噪声功率谱密度比(Eb/N0)、维特比纠错前（BER）、符码率偏移、频点偏移。

通常测，对信道信号指标监，既可实现防范非法攻击卫星广播电视节目，也可准确地完成雨雪衰判断。

3、卫星接收解调制的TS码流监测

卫星广播电视安全播出的监测手段离不开解调制后输出的TS码流。对卫星上行发射、下行接收的节目内容和码流一致性比对即可实现节目安全播出的监测。

我们对卫星接收解调输出的TS流进行监测的手段是多样的：

1）是对TS流实时进行TR101 290三级错误监测并告警。

2）是通过对上行发射和下行接收TS流中所有PID进行实时码率实时分析，并为指定的重点关注PID实时码率变化度进行报警阈值的相对设置，从而达到对实时PID码率的实时监测和报警。

3）是对卫星上行发射、下行接收的TS流中的PSI/ SI表格结构流进行模板比对，实时监测当前信号PSI/SI表格。通过对码流服务层、表数据等信息的变化实时的判别比对，发现异常报警。但该项报警的时效性较低，因为整个码流的模板无法在1秒内完成捕捉完成，对安全播出的监测做不到万无一失，故一般不单独采用此方法进行安全监测。

4）是对信号源TS码流ES层内容和播出后卫星下行接收的TS码流ES层内容进行一致性的判断监测，实现对播出节目的安全进行监测。在码流监测中若只监测反应传输包头的指标，而不能直接的反应出来图像质量的变化，要做到对TS码流层面的监测首先要具备深度的码流分析的功能，对TS码流中所有的表格进行解析，同时对每个PID数据包可以分析到bit位，只有这样的精度才具备了高精度的码流监测的功能。

那么对TS码流ES层面质量的监测分析，就可以发现图像、音频的质量变化，对静帧、黑场、静音、单音的指标监测，并且通过对ES层包头的分析了解到图像的编码方式、宽高比、帧率等信息。这样可高精准地监测到插播信号，现在国际知名品牌的监测产品都增加了此功能。

5）是对于卫星下行解调制后的模拟视音频信号进行监测，同样也可做到卫星防非干扰监测。将本站卫星发射和卫星接收之间的两路相同视音频内容进行同步比对，实时发现视音频中存在的异常情况，并向用户报警，可提高安全播出可靠性。

4、各环节还原出的模拟视音频节目的监测

在多画面模拟监视器中除了实时模拟显示每路信号的图像的质量、音频的幅度外，还要完成各环节视音频传输质量和节目内容故障画面集中报警（静帧、黑场、静音、单音）显示等。

5、射频信号频谱报警监测

频谱报警监测的实现是基于频谱分析模块，它实时检测卫星接收的本站射频信号电平值，当某频点的电平突然增高或者突然降低某一值时（此值可根据实际状态自行配置），监测系统会发出频谱异常报警，报警信息实时显示到窗口,同时还可发出报警提示音。

四、码流录制功能

新的监测系统实现了实时在线录制或触发录制节目码流的功能，这样可解决了离线分析无法再现场景的问题，进行场景回溯。通过实时接收网络中的节目数据，根据需要进行24小时不间断录制或接收触发信号录制，收录内容以.ts文件存储。触发录制即录制的节目码流是以用户预先设置报警故障发生前若干秒开始到故障结束的信号。根据预制存储策略管理存储空间，当硬盘剩余容量不足时删除过期节目文件。

虽然对于基于B/S架构的录制服务器可将节目进行转码录制（H.264、MPEG4)，再将录制信息上传至数据库服务器中，但是对于广播电视对节目的播出质量要求级别高的部门，不宜采取压缩转码录制。