兰州高标清数字电视节目监测系统的设计

梁旭文

（甘肃省广播电视网络股份有限公司兰州分公司，甘肃 兰州 730000）

兰州高标清数字电视节目监测系统的设计

梁旭文

（甘肃省广播电视网络股份有限公司兰州分公司，甘肃 兰州 730000）

通过对数字电视的简介，逐步引申到甘肃省广播电视网络股份有限公司兰州分公司的数字有线电视现状，然后通过设计思路的详细阐释和技术的实现图文说明，全面呈现了高标清数字电视节目监测系统的设计与实现。该系统达到了国家广电技术标准，且便于日常维护以及日后的系统扩容升级。

数字电视；高标清；监测系统

1 数字电视简介

在数字化信息技术的革命下，数字电视应运而生。在传输方式上，数字电视系统不再采用模拟电视的压缩和编码，而是采用数字信号，最后在接收端对接收到的数字信号进行处理、解码、转换，将音视频节目信号还原成模拟信号，并在电视机上播放显示各种数据[1-2]。

数字电视与传统模拟电视相比较，有以下优点：

1）条件接收系统可以实现对用户的有效监管，保证了资金的出入透明化，为实施各类收费业务提供了便利。

2）数字信号使用了先进的图像编码技术，可以充分利用频道资源，用数字电视传输方式可大大节省因增加电视节目频道而产生的传输费用，提高经济效益。

3）采用数字形式传播和广播，抗干扰能力强，不受地理因素限制，几乎可以无限扩大覆盖面。

4）数字电视可以传输5.1声道的环绕立体声，为用户提供更好的音效体验。

2 兰州有线数字电视现状

甘肃省广播电视网络股份有限公司兰州分公司自成立以来，一直是以广播电视节目传输为主业的大型现代化有线广电网络运营商。

甘肃省广播电视网络股份有限公司（简称甘广网络公司）为满足数字电视系统的正常运行和传输安全，建设了高标清数字电视节目监测系统。该系统可对28路QAM信号进行码流分析，为数字电视系统的管理和维护提供参考标准，快速诊断并及时解决问题。在此基础上，为了直观了解信号的质量和安全性，还对其中20路标清QAM信号和6路高清信号进行多画面显示监测。

3 设计思路

3.1 总体设计

甘肃省广播电视网络公司经过长时间的考虑和权衡，通过对现有状况和需求的分析，逐步确立了兰州高标清数字电视节目监测系统的总体设计目标：以标清数字电视节目监测系统为核心，以高清数字电视节目监测系统为辅，通过多画面显示监测系统和码流分析系统对高标清数字电视完成显示监看和QAM信号的码流分析[3]。

20路QAM信号中含有120套标清节目，考虑到这120套标清节目的收视用户基数大、关心程度高、收视率稳定居高，需要采用多画面显示实时监测报警，对其进行重点监测，保证安全播出。

而对于6路QAM信号中含有的23套高清节目来说，多画面显示实时监测报警就不是很合适。第一，高清概念普及程度不够，节目收视用户不是很多。第二，高清节目占用资源多，实时监测成本非常高。出于多方面综合考虑，决定对其采用多画面显示轮巡监测报警，保证安全播出。

除了对信号进行画面显示监测，还应对其信号本身质量进行监测。通过两个不同层面的监测环节，把信号的状态立体地呈现出来。

3.2 多画面显示监测系统

1）轮询和实时两种方式兼备

支持轮询、实时两种方式的监测。且实时和轮询节目画面显示相互独立，轮询画面切换稳定、平滑、无卡帧。

2）支持多格式媒体

由IP构建系统，对主流流媒体提供全面支持，涵盖UDP，HTTP，RTMP，RTP，HLS，RTSP等传输协议，TS，FLY等封装格式的码流。

3）多格式高标清节目的解码能力

系统可以同时解码多套高标清节目。高标清视频解码格式支持MPEG-2，MPEG-4，AVS，AVS+，H.264，H.265等；音频解码格式支持DRA，AC3，AAC，MP2，MP3等。在对5.1声道伴音解码后，可进行彩色音量柱显示并监听。对于越来越多的立体声音节目，可以左右声道分别进行监听。值得一提的是还能支持3D电视频道的监看、监测和录像。

4）准确的视音频内容监测

对于视频故障的监测，有黑场、彩场、彩条、静帧、视频遗失、台标遗失、视频解码异样、台标遗失等方式；对于音频故障监测，有音量过大、音频遗失、音量过小等方式。视频故障监测的优势在于能够精确到每一帧进行监测，并可设定监测的范围，能对指定的马赛克进行监测；音频故障监测的优势在于能准确比对正常伴音和遗失后的杂音，可智能判断和区分立体声、单声道、双声道的区别并进行监测。

5）灵活的画面显示

支持1～4块大屏的输出显示，每屏均支持输出显示不同的节目内容。设备具有3种接口，DVI，VGA以及HDMI，灵活连接不同设备，且屏幕的分辨率均可高达1 080p。

提供灵活的画面组合功能，可对屏幕任意分割，支持画面组合模板的导入导出。支持轮巡和实时，且彼此节目画面显示不互相影响，切换平滑。

6）实用的报警管理机制

为了方便值班人员的值班管理，在语音、日志、OSD、数据库、短信等多种报警方式的基础上，系统充分结合了广电机房值班、运维的实际情况，提出并完善了一整套报警管理机制，包括故障循环语音报警、故障的人工确认与忽略、手动暂停监测、按故障类型设置运行图、故障画面放大显示等功能。

7）高效的录像存储功能

为了保存节目录像，方便日后查证观看。系统需对选定的节目进行时段式录像或触发式录像。录像格式可在原始码流、原始单节目流、H.264和MPEG-4中自行设置，录像参数也可以同时设置；同时系统采用了先进的磁盘存储技术，包括磁盘预分配、延时写入、多级索引和免拼接等技术，提供了稳定存储功能的同时，进一步延长了硬盘的寿命。具有对任意时长的录像进行快速检索和调用的功能。

3.3 码流分析系统

1）实时显示码流

支持显示监测前端的各种监测数据，包括系统自定义故障、PSI/SI表格全解析、模板比对、TR101 290的三级错误监测、各种信道指标、带宽数据实时信息、PCR抖动分析等。

2）实时立体分析

提供以下指标的在线分析，包括带宽监测、节目分析模板比对、基本信息、PCR分析、信道监测、TR101 290监测、PSI/SI分析。通过统计展示各种指标的历史变化情况和当前信号的信道和码流信息，可以全方位地对码流进行立体分析。

3）完整的码流录制

录制文件的大小和存放位置可根据需求自行设置。具有4种录制方式，包括触发码流录制、手动码流录制、本机录制和分布式网络录制。通过以上方式，码流录制不仅完整而且准确。由于存在先进的磁盘预分配技术，可以控制磁盘碎片的产生。

4）实用的表格对比

具有对加密PID、加密类型进行详细比对的功能；具有对表格关键指标进行比对监测的功能；具有TS流的网络基本信息、传输信息和业务信息的表格比对功能。

5）3种扫描方式

通过设置前端的各项参数，对频道、PSI/SI和EPG等信息进行扫描。扫描方式有指定频点扫描、中心频点扫描和当前频点扫描。

6）多样化的报警方式

系统具有多样化的报警功能。不仅有常用的语音、标题栏、日志和数据库报警等，还有新颖的网络、触发录像和SNMP报警的功能。

7）数据库的管理

为方便用户的故障定点分析和报表的生成，数据库具有全面的人性化功能，包括录像、故障和历史的记录，还可对操作记录进行查找、删除和打印。

8）用户管理权限

系统可设置两种权限的用户：管理员和会员。管理员具有修改和删除等高级权限的操作资格，而会员仅具有查询的资格。这样便于管理，保证了系统的安全性，可使责任与权力集中划分。

4 技术实现

4.1 系统组成

1）嵌入式机箱。配备2台BHC2000 2U嵌入式机箱，安装8块BHQA68多通道DVB-C有线数字电视监测解扰卡。每台2U机箱可插4块各类板卡，采用相应的接口背板，横插式板卡后装载可热插拔，由BHP1000冗余热备份电源直流供电。

2）嵌入式电源。配置1台BHP1000冗余热备份电源，配置3个150W电源模块，实现了2+1冗余热备份的同时，提供了完全并联的12 V直流输出，可与输入接口为直流电源的机箱配合使用。

3）多通道DVB-C有线数字电视监测解扰卡。配置7块BHQA68多通道DVB-C有线数字电视监测解扰卡，对28个QAM频点进行实时监测解扰等功能。

4）多画面显示监测报警系统。配备3套多画面显示实时监测报警系统，1套多画面显示轮巡监测报警系统。用于完成高标清电视节目的实时、轮巡监测报警、多画面组合显示全程录像等功能。采用HDMI，VGA和DVI等接口输出，显示分辨率高达1 920×1 080。可以任意选择TS over IP组播码流，任意选择节目，进行画面组合监听、监看和监测。

5）码流分析系统。配置1套码流分析系统，汇总所有监测信号的传输指标、码流监测数据和故障报警信息，集中监管和报警。监测基本信息监测包括PSI/SI表间隔、网络ID和名称、TS包长度、TS组成、节目占用带宽、空包占用带宽有效码率、系统码率、传输流ID和PID数量。

兰州高标清数字电视节目监测系统工作流程如图1所示。

图1 兰州高标清数字电视节目监测系统工作流程

4.2 系统工作流程

高清、标清共计26个QAM信号，进入2台嵌入式机箱。机箱内共装有7块嵌入式监测板卡。QAM信号过监测板卡的解调、信道指标监测、码流分析告警、解扰后从机箱以TS over IP打包的方式输出到网络交换机。随后，网络交换机把处理后的信号分别分配给3套多画面显示实时监测系统，1套多画面显示轮巡监测系统和1套码流分析系统。各个系统对接收到的信号进行分析处理，完成各自的功能。多画面显示系统输出HDMI，DVI，VGA信号到监测屏幕墙，进行监看。码流分析系统输出信号给操作台的显示器，进行监看。操作台可对实时监测报警系统、码流分析系统、多画面显示轮巡监测系统进行手工操作和查看。

5 总结

甘肃省广播电视网络公司高标清数字电视节目监测系统在近两年的实际运行中，突显了极高的安全稳定性。由于其采用自动化监测，与传统的人工监测相比，大大减少了值班人员的负担。而且经测试，播出指标完全达到了国家广电技术标准。高标清兼容、实时轮巡相结合的系统设计，不仅在最大程度上保障了安全播出，而且有效控制了成本。无论是对于当前的日常维护，还是日后的系统扩容升级，都提供了有利条件。本监测系统适用于对安全播出有严格要求且需要成本控制的广播电视监测系统上，对国内广播电视高标清监测系统建设具有参考价值。

[1] 廖洪涛.数字电视业务支撑系统[M].2版.北京：电子工业出版社，2011.

[2]数字电视国家工程实验室（北京）.数字电视前端系统[M].北京：科学出版社，2012.

[3] 赵增援，董秋林.电台播出机房各节目监测的一种解决方式[J].电声技术，2011，35（8）：79-81.

TN948

B

��健男

2014-09-10

【本文献信息】梁旭文.兰州高标清数字电视节目监测系统的设计[J].电视技术，2014，38（24）.