电视信号实时自动监测系统在电视播出的应用

2022-07-19肥城市融媒体中心李建峰

卫星电视与宽带多媒体 2022年12期

肥城市融媒体中心：李建峰

电视作为一种传播媒体，是人们获取信息的重要来源。随着科学技术进步、生活水平提高，人们的精神文化需求日益增加，对电视节目的质量提出更高要求。保证电视信号安全可靠，是电视节目制作管理人员的基本任务，也是提高行业竞争力的有效手段。我国电视信号从模拟信号转变为数字信号，针对电视信号的实时自动监测系统也在升级更新。以下结合笔者实践经验，对该系统的功能及应用情况进行探讨。

1.电视信号实时自动监测系统的结构模块

以某电视台为例，采用的电视信号实时自动监测系统是分布式网络结构，通过IP数据流的实时传输，具有多画面显示、异常信号报警、故障查询等多种功能。该系统的组成结构，主要包括监测处理、信号分发、显示报警三个模块。

1.1 监测处理模块

该模块包括视频音频处理、SDI信号处理、ASI信号处理等子模块组成，其功能主要有两个：一是对播出节点信号进行编码，全程监测有无故障发生；二是将信号转化为IP数据流，以方便数据信息的传输和处理。三个子模块简要介绍。第一，视频音频处理子模块。该子模块的核心是模拟视频音频编码卡，每个板卡可同时输入8路音频视频信号，并对信号进行转换、编码，生成监测参数，最终输出IP组播数据流。主要技术参数见表1。第二，SDI信号处理子模块。该子模块的核心是多通道HDSDI视频IP网关，每个板卡可同时输入8路高清SDI信号，对信号进行编码，生成监测参数，最后输出IP数据流。主要技术参数见表1。第三，ASI信号处理子模块。该子模块的核心多通道ASI码流监测板卡，可同时输入16路ASI信号，对信号进行TS OVER IP处理，输出IP数据流。主要技术参数见表1。

表1 ：监测处理模块主要参数配置表

1.2 信号分发模块

该模块作为信号中转站，是连接监测处理模块和监测主机、报警站点的桥梁。信号经监测处理模块处理后，生成的IP流数据进入信号分发模块，在交换机的作用下，将信号传输至监测主机和每个报警站点。

1.3 显示报警模块

该模块包括监测主机、大屏显示器、语音报警工作站组成。第一，监测主机。监测主机采用多画面显示监测报警系统，接收组播网络数据，可以实现以下功能：①监测报警。电视节目播出时，针对常见的电视信号故障进行监测，并发出报警信息，例如黑场、画面静帧、色彩异常、音频丢失、视频丢失、音量异常等。在系统中设置监测项目，以及正常参数阈值，一旦主机监测信号超过设定阈值，就会生成报警信号，工作人员经网络读取后，对异常进行及时处理。②多画面显示。IP组播中的节目画面较多，监测主机可将这些画面组合起来并显示，根据需求可对画面进行拖拉、放大、缩小；而且能双屏显示，将目标节目放在不同屏幕上。③信号收录。面对多路信号，监测主机能同时收录音频视频信号，方便查询节目播出状态；支持多种收录格式，通过参数设置可以在收录画面中叠加日期时间、节点名称，以便查询核对。第二，大屏显示器。监测主机输出的信号，和LED显示屏连接后，接入等离子显示大屏。其中，LED显示屏呈现出台内播出节点的监测信号，等离子显示大屏呈现出有线和卫星回收的监测信号。一旦信号出现异常报警，大屏显示器上的信号提示灯也会闪动。第三，语音报警工作站。设置多个语音报警工作站，可根据实际要求对信号节点进行语音报警，且不同的报警工作站，可独立设置报警提示音，方便工作人员进行区分。例如：语音报警工作1站是通用站，对各个频道的监测信号进行报警提示；2站监测旅游卫视的PGM播出信号，出现信号故障进行报警提示；3站监测卫视切换器的输出信号，出现问题进行报警提示等。

2.系统设计方案

2.1 硬件设计

第一，电源电路。为满足本系统的供电可靠性需求，采用专门定制的内置式开关电源，具有宽电压、防雷性能好的特点，输出范围是-5V1A ～+5V4A。

第二，音频处理电路。音频处理电路接收到左右声道信号后，经NE5532运放处理，经检波电路检测信号，和与门电路D11、D12负极相连，最后输出高信号电平或低信号电平(见图1)。

图1 ：音频处理电路设计图

第三，视频处理电路。视频处理电路，是由视频放大、视频同步分离、单稳触发电路组成。在视频信号中，除了图像信号外，还有行同步/消隐信号、场同步/消隐信号，判别视频信号之前，先要利用视频同步分离电路对信号进行检测，见图2。以LM1881视频同步分离电路为例，可对电视信号进行同步分离，方便信号处理，可以提取出复合同步、场同步、奇偶场识别等信号。单稳触发电路的作用，是输入脉冲后，在输出端产生矩形脉冲，此时触发器改变状态，具有暂时稳定性，经一定时间后恢复初始状态。以CD4098B单稳触发器为例，优点是稳定性强，温度漂移小；具有较强的电路功能，可采用正向/负向脉冲触发；经外接电阻或电容，可调节单稳态时间，且调节范围大。

图2 ：视频同步分离电路设计图

第四，单片机和声光报警电路。以AT89S52单片机为例，不仅功耗低、性能高，而且有可编程的Flash存储器。该单片机的适应性强，和多个产品、系统均能兼容，为控制系统提供灵活有效的解决方案。图像和声音信号，分别经过视频、音频处理电路，接入至D11、D12、D13与门电路中，其中一路信号为低电平，就会拉低单片机的脚电平，然后被系统检测到。经过软件设置的延时，促使发光二极管闪烁、蜂鸣器发生蜂鸣声，提示工作人员及时巡查处理。见图3。

图3 ：声光报警电路设计图

第五，显示电路。系统整机是一台专用的IU标准尺寸机架，为方便工作人员操作机器，面板上设置了简单的按键和显示窗口。

2.2 软件设计

该系统的软件部分，采用模块化设计理念，系统运行由主程序、按键中断程序、定时器中断程序组成。第一，主程序。系统发出自动监测指令后，检测连接与门电路输出的引脚电平，如果是低电平，经过延时后再次检测是否是低电平，是的话就进行声光报警。未接收到自动监测指令，或经过延时后检测结果不是低电平，就关闭声光报警。控制流程见图4。

图4 ：主程序的控制流程图

第二，按键中断程序。该程序主要响应面板按键产生的中断，包括自动检测的启停、自动/手动换台、设置自动换台时间等，然后执行相应的指令。例如：工作人员按下自动/手动换台按钮时，程序就会启动或关闭定时器。

第三，定时器中断程序。该程序主要响应单片机定时器产生的中断，到达定时时间后，就会控制接收机的换台电路。

3．系统在电视播出中的功能应用案例分析

3.1 系统概况

以TrinityAres-Display多画面监测报警系统为例，在数字电视节目播出过程中，它能对各级信源节点进行监测。该系统以TS OVER IP技术为基础，结合电视播出特点，开发出多内容检测、多画面显示的应用系统，具有电视信道码流检测、转码录像、解密解扰等功能，在广播电视台、发射台、广电网络公司等单位均可应用。系统中的嵌入式监测板卡，能对多种信号进行监测，常见如模拟音频、模拟RF、AM/FM、ASI、DTMB、CVBS、ABS-S、HD/SD-SDI、IP等。

3.2 系统硬件构成

该系统的硬件部分，包括嵌入式机箱、多通道嵌入式监测板卡、冗余热备份电源、监测主机、网络交换机、多块显示大屏等。第一，1台嵌入式机箱，能插入4个功能模块，监测板卡采用后装载设计，支持热插拔。为方便系统安装和维护管理，不同接口类型的功能模块，可在同一个机箱任意混插。机箱由外部直流电源供电，并且和交流电源模块隔离，避免电源或设备发热带来的影响，提高设备供电的安全性和可靠性。第二，监测板卡的作用，是对信号进行解调、解扰，监测信道指标，分析码流变化，最后转换为TS OVER IP数据码流输出。在网络交换机的作用下，监测板卡输出的TS OVER IP码流，可以传输至监测主机；监测主机接收到码流后，就能进行信号监测、多画面显示、故障查询记录、声光报警等。

3.3 系统功能特点

该监测系统应用时，功能特点总结如下：第一，基于UDP协议下，可获取组播码流，对信号进行统一使用，并且通过多画面显示出来。可扩展监测信号的规模，支持多种传输协议如UDP、RTP、RTMP、HTTP等，可支持TS、FLV等封装格式码流。第二，系统可对高标清视频进行解码，包括AVS、AVS+、H.264/H.265、MPEG-2等；可对多种音频进行解码，包括MP2、MP3、AAC、AC3、DRA等。另外，对于立体声节目，可实现左右声道分别监听，对5.1声道伴音进行监听解码，对彩色音量电平进行显示监看等。第三，针对音频视频信号异常情况，系统能做出准确检测。针对视频故障，监测能精确到帧，设定监测区域后，能对马赛克进行监测。针对音频故障，可对杂音进行精准识别，并且鉴别区分单声道、双声道、立体声。此外，分辨率、采样率、色彩格式等参数变更，或信源地址、音频视频PID参数变更，系统也能监测到信号传输故障。第四，画面显示方式灵活多样，最多可同时输出6块大屏，且每个大屏显示不同监测内容。画面显示时，具有DVI、VGA、HDMI等输出端口，显示分辨率最高达到1920×1080。为满足监测需求，还能对画面任意组合、对屏幕进行分割。第五，结合机房的运行情况，可设置多种报警模式，例如语音报警、日志报警、短信报警、边框报警、数据库报警等。报警时，还具有故障人工确认、手动暂停监测、故障画面放大等功能，方便故障处理。第六，对于重点电视节目、普通电视节目，可设置实时监测、巡回监测等不同模式，实时监测画面和巡回监测画面，两者能同时显示、互相切换。第七，监测信息存储功能强大，可设定特定节目时段或触发录像，常见格式有H.264、MPEG-4等，并且自定义录像参数，例如磁盘预分配、延时写入、多级索引等，实现快速检索和调用的目标。

3.4 实际应用效果

电视台安装TrinityAres-Display多画面监测报警系统后，能对中央台数字电视节目、调频广播节目、本市调频广播节目，进行24小时监测报警、录音录像、多画面显示。该系统的应用，一方面改变了传统工作方式，减轻了工作强度；另一方面能对电视播出故障进行高效处理，提高了值机效率，保障了电视节目安全优质播出，取得理想的应用效果。