播出信号监测监录系统的设计与应用

吴永生，杨 旸

（南京广播电视集团 电视播出部，江苏 南京 210001）

播出信号监测监录系统的设计与应用

吴永生，杨 旸

（南京广播电视集团 电视播出部，江苏 南京 210001）

南京广播电视集团播出系统升级改造将设备级、信号级、文件级、流程级等多角度的监控监测方案融入到播出系统中，其中建立对各频道视频服务器的预播及播出系统末端PGM等关键点信号进行实时检测报警的系统可以进一步确保播出安全。探讨了播出信号监测监录系统的设计原则与需求分析、系统架构及技术方案，并阐述其在南京广播电视集团播出智能监控系统中的应用。

信号监测；监录存储；日志查询；检索回放

南京广播电视集团播出系统升级改造项目已于2013年5月上旬完成并上线试播，项目中新建2个高标清同播频道的同时全面升级了原有的硬盘播出系统。根据总局62号令对安全播出的相关要求，将设备级、信号级、文件级、流程级等多角度的监控监测方案融入到播出系统中，实现了网络化、智能化播出系统监控报警功能。虽然系统在节目(含广告)上载与文件化送播环节有实时自动技审，但为了避免人工处理技审报告时的疏忽，有必要建立对各频道视频服务器的预播及播出系统末端PGM等关键点信号进行实时检测报警的系统。本文将探讨播出信号监测监录系统的设计原则与需求分析、系统架构及技术方案，并阐述其在南京广播电视集团播出智能监控系统中的应用。

1 播出信号监测监录系统设计原则与需求分析

南京广播电视集团播出信号监测监录系统由预播信号监录监测和信号监测两部分构成，系统采集10个频道的播出PGM信号和预播信号，并分析处理后进行声光报警，对播出系统运行故障能及时发现、预判故障发生，弥补了上载与文件送播环节的漏检部分。其中预播是利用视频服务器解码通道对即将播出的硬盘内节目进行提前播放。监录是按频道对其预播信号用硬盘收录并监测，同时提供回放检索功能。监测是利用硬件板卡同时监测在播信号和预播信号。预播监录和信号监测工作独立运行，并无缝接入播出域的智能监控系统中[1-2]。

1.1 系统设计原则

播出信号监测监录系统负责播出系统中20个关键点信号的检测及10个预播信号的监录，其整体设计过程遵循以下原则：

1）检测指标：利用广播级专业信号检测卡，对电视播出信号质量实时检测报警，实现电视播出信号的质量监测及量化管理；信号检测的默认阈值符合广电总局颁布的高标清晰度电视演播室标准、国家标准广播级技术指标以及总局金帆奖标准。

2）技术先进：采用最新DSP技术和模块化架构，保证系统的技术层次能满足信号质量及硬盘录制任务的需求。

3）监录可靠：播出信号监测监录系统可24 h不间断可靠工作，同时要求采用冗余备份容错和故障恢复等多种安全性技术，以保证记录数据的安全。

4）实时准确：播出信号实时监测报警的准确率必须保证达到100%，以满足安全播出的需求。

5）规模可扩充：系统采用模块化结构，当监测任务增加时，可以通过增加信号检测卡及监测监录服务器方便地扩大系统规模，满足信号检测通道及系统功能等方面的进一步需求。

6）系统开放：软件层以Web Service接口对外开放，可通过远程计算机通过IE浏览器直接访问控制。支持SNMP协议[3]，可向第三方监控软件以“Trap”方式发出报警并实时以图形化展示，同时向播出智能监控系统提供报警信息。

1.2 系统需求分析

根据播出智能监控系统的关键点信号监测要求，播出信号监测监录系统需求可分为以下7个部分：

1）应用平台：为保证系统的稳定性、操作界面的友好性及系统运行的安全、高效，系统采用微软软件开发平台进行开发。数据库系统选用分布式数据库管理系统SQL Server 2003，操作系统选用Windows 7作为计算机系统的平台；系统使用的开发平台和数据库平台均为目前比较成熟的系统平台，以确保系统运行的安全稳定及操作界面的友好性。

2）信号检测：对播出的视音频信号的中断、黑场、静帧、静音、彩场、彩条、声音中断、声音过低或过高等异常情况提供可视化的声讯报警；可设定需要检测监录的节目时间段，检测精度、阈值也可自行设定。

3）监录存储：结合H.264视频压缩算法或WMV流媒体格式，利用监录服务器将预播信号编码压缩成0.5～1 Mbit/s码流的流媒体数据保存到本地硬盘，实现24 h不间断的录制（或按播出串联单录制），分段形成独立的视音频文件（分段时间可设定）。

4）监测报警：检测到信号异常时提供声光报警方式，报警信息可设定，故障临界值可修改。

5）检索回放：可随时对监录的各频道的预播信号进行检索回放，对将有可能造成劣播、停播和误播的故障精确定位、提前处理，日后有据可循；具有视频显示链接的功能，某频道在某段时间出现的黑场、静帧、音频丢失等异常信号故障的统计次数，必须详细到某次影响的时间长度及双击该条能链接到该条视频显示上，以快速定位确认是否为误报。

6）日志查询：根据信号监测要求，提供参数设置、多种条件报警记录查询、节目录制日志文件查阅等功能，具有分频道或所有频道汇总查询、统计和报表功能。

7）操作简便：系统设置方便，具备实用化的操作流程、友好的软件操作界面和直观全面的收录事件分布图，用户可以完全掌控所有收录事件的收录过程。自动实现素材的归属，对收录素材设置生存期，过期素材自动删除。

2 播出信号监测监录系统在南京广电集团的应用

2.1 播出信号监测监录系统结构

播出信号监测监录系统逻辑结构如图1所示，系统采用PC架构设计，集“信号采集层、数据处理层、应用层、存储层”于一体，充分使用系统硬件资源，有效提高系统的稳定性及运行效率。数据处理层读取处理信号采集层发来的数据，向应用层提交信号检测信息及报警日志数据，同时系统将信号检测报警信息通过Web Service以SNMP的Trap方式发送到播出智能监控系统。值班人员通过本机操作平台可获得信号监录状态、监测报警信息，监录素材检索、回放，日志查询，设定系统相关参数、门限、状态等，优化报警策略，配置监控界面展现方式，进行数据管理。

图1 播出信号监测监录系统逻辑结构图

2.2 播出信号监测监录系统组成

播出信号监测监录系统如图2所示，由2台HD/ SD-SDI信号监录服务器和1台10路双HD/SD-SDI信号检测服务器组成。10个频道的预播信号从监录服务器环出，与10个频道播出末端PGM信号一同进入信号检测服务器，除本机提供相关监测监录及报警信息外，监录及检测服务器还通过系统监控交换机与播出智能监控系统相连，提供播出和预播共20路播出系统关键点信号质量进行实时监测报警信息。

2.3 播出系统关键点信号监测

播出系统关键点信号状态检测通过配置10块XIO9050HSM专业信号硬件板卡实时完成10个频道的在播PGM和预播共20路关键点信号的监测。该信号检测卡原理框图如图3所示，基于智能网络平台，采用最新DSP技术和模块化架构，每个模块支持2路HD/ SD-SDI信号（嵌入音频）自适应输入，能监测20多种常用指标及专家级指标，支持SNMP协议，当有故障发生时通过Trap方式发送报警信息。另外，基于Web Ser⁃vice技术的信号检测卡，可远程通过网内任意终端使用Web浏览器直接访问和控制。

信号检测板卡支持检测20多种常用指标及专家级指标，包括检测数字视频信号格式；监测输入的HD/ SD-SDI信号有无（信号幅度低于280 mV时为信号丢失）；支持视频静帧、黑场、彩条、彩场等监测，支持阈值设置，包括百分比及持续时间，上报精度为1帧；读取数字信号嵌入音频状态（声道分布、存在、丢失或静音）、音频超标，支持阈值设置（包括幅度及持续时间），上报精度为1帧；提供EDH错误检测、HD信号行序号错误检测、CRC错误检测；支持信号行/场相位锁定状态、行场相位值及偏移量检测；检测主从同步信号相位偏离及偏移量；支持AFD状态的检测，包括读取内嵌AFD信息，支持16种阈值设置。上述监测项目结果可以通过SNMP查询和主动上报给播出智能监测系统。

图2 播出信号监测监录系统图

图3 信号检测卡原理框图

2.4 预播信号监录

预播信号检测监录流程如图4所示。借助于专业信号检测板卡和监录终端可以实时了解即将播出的素材状态，当监录系统检测到预播信号发生异常并告警时，值班人员可通过查询调用监录的预播图像，分析即将发生异常现象的原因，及时应急处理，达到节目播出异常预判的目的。预播仅针对于视频服务器硬盘里已经有的即将播出的素材。预播通道根据相应频道播出软件的设置进行一定时间提前量（实际设置为30min）的节目预播。

预播信号监录系统支持7×24 h不间断工作，提供手动、定时、按单录制三种工作方式。系统中每台监录服务器配置了2块HD/SD自适应信号采集卡，按实际情况分别完成1路HD信号和4路SD信号的视音频质量的实时监测报警及收录存储功能。监录服务器实时把采集到的数字视频压缩成Windows Media的WMV2格式的文件，其分辨率为720×576（5∶4）（CCIR-601）PAL制、25 f/s（帧/秒），输出码流为1 024 kbit/s（CIF）（可调整）；音频数据实时压缩成WMA格式，16 bit量化，48 kHz采样，2通道，输出码流为64 kbit/s。

图4 预播信号检测监录流程

监录服务器的视音频信号质量实时监测的内容包括信号状态、制式、EDH、静帧、黑场、音频状态及声道分布等信息，并提供声讯报警；具备完善的报警查询能力，支持根据多种条件查询结果；具有分段录制功能，可以实时检索、调用存储在硬盘中的录制内容，以备对异常信号进行分析、判断；此外，服务器支持过期素材自动删除，根据预设的时间和容量门限可以自动删除过期录制内容，释放存储空间。

2.5 播出信号监测监录系统报警机制

播出信号监测监录系统报警优先级设定是为了在对各频道播出末端PGM和预播信号进行频繁轮巡的同时，区分各种报警信息的重要性并以不同的预设方式显示，从而提高系统应急处理的能力，减少故障影响程度。故障报警机制如下：

1）报警类型机制：单次报警、连续报警、间歇报警、有限次数报警。

2）报警级别机制：普通报警、较严重报警、严重报警。

3）报警方式机制：声音、文字、图形、短信。

4）报警过滤机制：报警级别、报警事件、报警方式、报警信息排序。

5）报警日志机制：监测日志、检测报警数据保存到后台数据库供日后查询，同时将这些数据上报给播出智能监控系统。

3 播出信号监测监录系统软件构成

3.1 播出信号监测监录系统软件构成

播出信号监测监录系统软件主要分为信号检测模块、信号编码录制模块、监录状态信息显示模块、监录终端操作模块及数据库信息存储模块。播出信号监录监测系统软件逻辑结构如图5所示，信号监录终端主要功能包括配置管理、实时监录、日志查看、统计报表和其他状态监测等。另外软件还提供了日志查询功能，包括状态、级别、信号点、告警内容、发生时间、结束时间、持续时间、处理情况及是否在监测时段；可以生成统计报表，可以选择以柱状图或饼状图展示；统配置管理含显示参数、检测时间间隔、报警机制、通信状态、软件自动维护时间间隔、监录素材生命周期管理、系统存储硬盘管理、日志保留时间等。

图5 播出信号监录监测系统软件逻辑结构

预播监录软件界面如图6所示。在操作界面上除显示监录图像和伴音通道及电平外，还显示常用指标的检测结果，实时检测所监录频道预播信号的状态、制式、EDH、静帧、黑场、音频状态及声道分布等信息，其绿灯表示信号参数正常且在设定阈值内，黄灯表示信号参数超出设定阈值，灰灯表示信号丢失或功能限制。另外系统还检测信号总体状态、数据库状态、设备通信状态。利用监测卡自带信号检测功能，当信号状态异常时，软件右下角会依次弹窗发出相关实时报警提示信息，帮助值班人员快速、准确地判定故障发生原因。

图6 预播监录软件界面（截图）

3.2 播出信号监测监录系统功能特点

1）信号实时检测报警功能。通过与信号质量检测卡配合使用，可以实时对关键点信号做量化检测，对视频丢失、黑场、静帧，是否出现彩条、彩底，声音是否中断或过低（过高）等这类定性监测报警的实时性非常重要，可以帮助值班人员随时掌握信号状态，第一时间对播出事故进行应急处理。

2）图像伴音实时监看功能。所监录频道的预播图像和伴音电平显示在监录终端上，并显示当前采集状态。

3）自动硬盘录制功能。监录软件将信号采集卡接收到的高/标清SDI信号以Windows Media Video 8（WMV2）流媒体格式编码成带宽为1 Mbit/s的媒体数据保存到本地硬盘，存储节目按录制频道、当前的日期、时间自动生成录制节目相应文件的文件名。

4）检索回放功能。录制在本地硬盘的节目可以检索和回放。因为预播素材是分段（10 min）录制的，所以可以检索并回放已存档的录制内容，为提前预判节目异常提供依据。

5）软件后台管理功能。监录系统有完备的保存机制，比如数据编码格式、数据保存时间等。另外，监录系统还可以自动清理过期的录制素材，智能管理剩余硬盘空间。

6）融入播出智能监控系统。在播出智能监控系统的网络架构中，关键点信号检测属于其子功能模块，每块检测板卡提供一个自适应千兆以太网口，全机箱一共输出10根网线通过交换机接入播出智能监控系统的网络中，当有故障发生时每块检测卡会通过SNMP Trap方式发送报警信息。播出智能监控系统接收到信号级监测的源数据，发布到分布于其系统中的各监控终端上，监控终端根据事先设置的级别对不同信息进行提示或者声光告警，提醒值班人员采取相应的应急措施最大程度降低播出事故的发生。

4 总结

播出信号监测监录系统的建立是保证安全播出的重要手段之一，可以实时监测监录各频道播出、预播的HD/SD-SDI信号，一旦发现关键节点信号异常，能及时帮助值班人员第一时间对播出事故进行处理，同时监录结果可作为分析判断事故的依据。南京台建设的这套播出信号监测监录系统自2013年5月份启用以来，作为一项新的技术手段为南京台节目的优质安全播出提供了更多的保障，相信随着日后不断改进和实践将会为南京台的节目安全播出发挥越来越大的作用。

[1]龚曙光.硬盘播出系统的设备监控［J］.电视技术，2008，32（8）：78-79.

[2] 曹健，吴永生.南京广播电视集团硬盘播出系统建设［J］.广播与电视技术，2013，37（9）：40-46.

[3]黄蓓.基于SNMP的协议的播出监控系统设计与应用［J］.广播与电视技术，2013，37（11）：20-23.

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��健男

2013-11-18

【本文献信息】吴永生，杨旸.播出信号监测监录系统的设计与应用[J].电视技术，2014，38（8）.

吴永生，南京广播电视集团电视播出部副主任，高级工程师；杨 旸，南京广播电视集团电视播出部主管，高级工程师。