吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團 電視播出部，江蘇 南京 210001）

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

吳永生，楊 旸

（南京廣播電視集團 電視播出部，江蘇 南京 210001）

南京廣播電視集團播出系統(tǒng)升級改造將設(shè)備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監(jiān)控監(jiān)測方案融入到播出系統(tǒng)中，其中建立對各頻道視頻服務(wù)器的預(yù)播及播出系統(tǒng)末端PGM等關(guān)鍵點信號進行實時檢測報警的系統(tǒng)可以進一步確保播出安全。探討了播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計原則與需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)方案，并闡述其在南京廣播電視集團播出智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

信號監(jiān)測；監(jiān)錄存儲；日志查詢；檢索回放

南京廣播電視集團播出系統(tǒng)升級改造項目已于2013年5月上旬完成并上線試播，項目中新建2個高標清同播頻道的同時全面升級了原有的硬盤播出系統(tǒng)。根據(jù)總局62號令對安全播出的相關(guān)要求，將設(shè)備級、信號級、文件級、流程級等多角度的監(jiān)控監(jiān)測方案融入到播出系統(tǒng)中，實現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化、智能化播出系統(tǒng)監(jiān)控報警功能。雖然系統(tǒng)在節(jié)目(含廣告)上載與文件化送播環(huán)節(jié)有實時自動技審，但為了避免人工處理技審報告時的疏忽，有必要建立對各頻道視頻服務(wù)器的預(yù)播及播出系統(tǒng)末端PGM等關(guān)鍵點信號進行實時檢測報警的系統(tǒng)。本文將探討播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計原則與需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)方案，并闡述其在南京廣播電視集團播出智能監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)設(shè)計原則與需求分析

南京廣播電視集團播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)由預(yù)播信號監(jiān)錄監(jiān)測和信號監(jiān)測兩部分構(gòu)成，系統(tǒng)采集10個頻道的播出PGM信號和預(yù)播信號，并分析處理后進行聲光報警，對播出系統(tǒng)運行故障能及時發(fā)現(xiàn)、預(yù)判故障發(fā)生，彌補了上載與文件送播環(huán)節(jié)的漏檢部分。其中預(yù)播是利用視頻服務(wù)器解碼通道對即將播出的硬盤內(nèi)節(jié)目進行提前播放。監(jiān)錄是按頻道對其預(yù)播信號用硬盤收錄并監(jiān)測，同時提供回放檢索功能。監(jiān)測是利用硬件板卡同時監(jiān)測在播信號和預(yù)播信號。預(yù)播監(jiān)錄和信號監(jiān)測工作獨立運行，并無縫接入播出域的智能監(jiān)控系統(tǒng)中[1-2]。

1.1 系統(tǒng)設(shè)計原則

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)負責(zé)播出系統(tǒng)中20個關(guān)鍵點信號的檢測及10個預(yù)播信號的監(jiān)錄，其整體設(shè)計過程遵循以下原則：

1）檢測指標：利用廣播級專業(yè)信號檢測卡，對電視播出信號質(zhì)量實時檢測報警，實現(xiàn)電視播出信號的質(zhì)量監(jiān)測及量化管理；信號檢測的默認閾值符合廣電總局頒布的高標清晰度電視演播室標準、國家標準廣播級技術(shù)指標以及總局金帆獎標準。

2）技術(shù)先進：采用最新DSP技術(shù)和模塊化架構(gòu)，保證系統(tǒng)的技術(shù)層次能滿足信號質(zhì)量及硬盤錄制任務(wù)的需求。

3）監(jiān)錄可靠：播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)可24 h不間斷可靠工作，同時要求采用冗余備份容錯和故障恢復(fù)等多種安全性技術(shù)，以保證記錄數(shù)據(jù)的安全。

4）實時準確：播出信號實時監(jiān)測報警的準確率必須保證達到100%，以滿足安全播出的需求。

5）規(guī)?？蓴U充：系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，當(dāng)監(jiān)測任務(wù)增加時，可以通過增加信號檢測卡及監(jiān)測監(jiān)錄服務(wù)器方便地擴大系統(tǒng)規(guī)模，滿足信號檢測通道及系統(tǒng)功能等方面的進一步需求。

6）系統(tǒng)開放：軟件層以Web Service接口對外開放，可通過遠程計算機通過IE瀏覽器直接訪問控制。支持SNMP協(xié)議[3]，可向第三方監(jiān)控軟件以“Trap”方式發(fā)出報警并實時以圖形化展示，同時向播出智能監(jiān)控系統(tǒng)提供報警信息。

1.2 系統(tǒng)需求分析

根據(jù)播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵點信號監(jiān)測要求，播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)需求可分為以下7個部分：

1）應(yīng)用平臺：為保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、操作界面的友好性及系統(tǒng)運行的安全、高效，系統(tǒng)采用微軟軟件開發(fā)平臺進行開發(fā)。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)選用分布式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)SQL Server 2003，操作系統(tǒng)選用Windows 7作為計算機系統(tǒng)的平臺；系統(tǒng)使用的開發(fā)平臺和數(shù)據(jù)庫平臺均為目前比較成熟的系統(tǒng)平臺，以確保系統(tǒng)運行的安全穩(wěn)定及操作界面的友好性。

2）信號檢測：對播出的視音頻信號的中斷、黑場、靜幀、靜音、彩場、彩條、聲音中斷、聲音過低或過高等異常情況提供可視化的聲訊報警；可設(shè)定需要檢測監(jiān)錄的節(jié)目時間段，檢測精度、閾值也可自行設(shè)定。

3）監(jiān)錄存儲：結(jié)合H.264視頻壓縮算法或WMV流媒體格式，利用監(jiān)錄服務(wù)器將預(yù)播信號編碼壓縮成0.5～1 Mbit/s碼流的流媒體數(shù)據(jù)保存到本地硬盤，實現(xiàn)24 h不間斷的錄制（或按播出串聯(lián)單錄制），分段形成獨立的視音頻文件（分段時間可設(shè)定）。

4）監(jiān)測報警：檢測到信號異常時提供聲光報警方式，報警信息可設(shè)定，故障臨界值可修改。

5）檢索回放：可隨時對監(jiān)錄的各頻道的預(yù)播信號進行檢索回放，對將有可能造成劣播、停播和誤播的故障精確定位、提前處理，日后有據(jù)可循；具有視頻顯示鏈接的功能，某頻道在某段時間出現(xiàn)的黑場、靜幀、音頻丟失等異常信號故障的統(tǒng)計次數(shù)，必須詳細到某次影響的時間長度及雙擊該條能鏈接到該條視頻顯示上，以快速定位確認是否為誤報。

6）日志查詢：根據(jù)信號監(jiān)測要求，提供參數(shù)設(shè)置、多種條件報警記錄查詢、節(jié)目錄制日志文件查閱等功能，具有分頻道或所有頻道匯總查詢、統(tǒng)計和報表功能。

7）操作簡便：系統(tǒng)設(shè)置方便，具備實用化的操作流程、友好的軟件操作界面和直觀全面的收錄事件分布圖，用戶可以完全掌控所有收錄事件的收錄過程。自動實現(xiàn)素材的歸屬，對收錄素材設(shè)置生存期，過期素材自動刪除。

2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)在南京廣電集團的應(yīng)用

2.1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)采用PC架構(gòu)設(shè)計，集“信號采集層、數(shù)據(jù)處理層、應(yīng)用層、存儲層”于一體，充分使用系統(tǒng)硬件資源，有效提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性及運行效率。數(shù)據(jù)處理層讀取處理信號采集層發(fā)來的數(shù)據(jù)，向應(yīng)用層提交信號檢測信息及報警日志數(shù)據(jù)，同時系統(tǒng)將信號檢測報警信息通過Web Service以SNMP的Trap方式發(fā)送到播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。值班人員通過本機操作平臺可獲得信號監(jiān)錄狀態(tài)、監(jiān)測報警信息，監(jiān)錄素材檢索、回放，日志查詢，設(shè)定系統(tǒng)相關(guān)參數(shù)、門限、狀態(tài)等，優(yōu)化報警策略，配置監(jiān)控界面展現(xiàn)方式，進行數(shù)據(jù)管理。

圖1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)邏輯結(jié)構(gòu)圖

2.2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)組成

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)如圖2所示，由2臺HD/ SD-SDI信號監(jiān)錄服務(wù)器和1臺10路雙HD/SD-SDI信號檢測服務(wù)器組成。10個頻道的預(yù)播信號從監(jiān)錄服務(wù)器環(huán)出，與10個頻道播出末端PGM信號一同進入信號檢測服務(wù)器，除本機提供相關(guān)監(jiān)測監(jiān)錄及報警信息外，監(jiān)錄及檢測服務(wù)器還通過系統(tǒng)監(jiān)控交換機與播出智能監(jiān)控系統(tǒng)相連，提供播出和預(yù)播共20路播出系統(tǒng)關(guān)鍵點信號質(zhì)量進行實時監(jiān)測報警信息。

2.3 播出系統(tǒng)關(guān)鍵點信號監(jiān)測

播出系統(tǒng)關(guān)鍵點信號狀態(tài)檢測通過配置10塊XIO9050HSM專業(yè)信號硬件板卡實時完成10個頻道的在播PGM和預(yù)播共20路關(guān)鍵點信號的監(jiān)測。該信號檢測卡原理框圖如圖3所示，基于智能網(wǎng)絡(luò)平臺，采用最新DSP技術(shù)和模塊化架構(gòu)，每個模塊支持2路HD/ SD-SDI信號（嵌入音頻）自適應(yīng)輸入，能監(jiān)測20多種常用指標及專家級指標，支持SNMP協(xié)議，當(dāng)有故障發(fā)生時通過Trap方式發(fā)送報警信息。另外，基于Web Ser?vice技術(shù)的信號檢測卡，可遠程通過網(wǎng)內(nèi)任意終端使用Web瀏覽器直接訪問和控制。

信號檢測板卡支持檢測20多種常用指標及專家級指標，包括檢測數(shù)字視頻信號格式；監(jiān)測輸入的HD/ SD-SDI信號有無（信號幅度低于280 mV時為信號丟失）；支持視頻靜幀、黑場、彩條、彩場等監(jiān)測，支持閾值設(shè)置，包括百分比及持續(xù)時間，上報精度為1幀；讀取數(shù)字信號嵌入音頻狀態(tài)（聲道分布、存在、丟失或靜音）、音頻超標，支持閾值設(shè)置（包括幅度及持續(xù)時間），上報精度為1幀；提供EDH錯誤檢測、HD信號行序號錯誤檢測、CRC錯誤檢測；支持信號行/場相位鎖定狀態(tài)、行場相位值及偏移量檢測；檢測主從同步信號相位偏離及偏移量；支持AFD狀態(tài)的檢測，包括讀取內(nèi)嵌AFD信息，支持16種閾值設(shè)置。上述監(jiān)測項目結(jié)果可以通過SNMP查詢和主動上報給播出智能監(jiān)測系統(tǒng)。

圖2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)圖

圖3 信號檢測卡原理框圖

2.4 預(yù)播信號監(jiān)錄

預(yù)播信號檢測監(jiān)錄流程如圖4所示。借助于專業(yè)信號檢測板卡和監(jiān)錄終端可以實時了解即將播出的素材狀態(tài)，當(dāng)監(jiān)錄系統(tǒng)檢測到預(yù)播信號發(fā)生異常并告警時，值班人員可通過查詢調(diào)用監(jiān)錄的預(yù)播圖像，分析即將發(fā)生異?，F(xiàn)象的原因，及時應(yīng)急處理，達到節(jié)目播出異常預(yù)判的目的。預(yù)播僅針對于視頻服務(wù)器硬盤里已經(jīng)有的即將播出的素材。預(yù)播通道根據(jù)相應(yīng)頻道播出軟件的設(shè)置進行一定時間提前量（實際設(shè)置為30min）的節(jié)目預(yù)播。

預(yù)播信號監(jiān)錄系統(tǒng)支持7×24 h不間斷工作，提供手動、定時、按單錄制三種工作方式。系統(tǒng)中每臺監(jiān)錄服務(wù)器配置了2塊HD/SD自適應(yīng)信號采集卡，按實際情況分別完成1路HD信號和4路SD信號的視音頻質(zhì)量的實時監(jiān)測報警及收錄存儲功能。監(jiān)錄服務(wù)器實時把采集到的數(shù)字視頻壓縮成Windows Media的WMV2格式的文件，其分辨率為720×576（5∶4）（CCIR-601）PAL制、25 f/s（幀/秒），輸出碼流為1 024 kbit/s（CIF）（可調(diào)整）；音頻數(shù)據(jù)實時壓縮成WMA格式，16 bit量化，48 kHz采樣，2通道，輸出碼流為64 kbit/s。

圖4 預(yù)播信號檢測監(jiān)錄流程

監(jiān)錄服務(wù)器的視音頻信號質(zhì)量實時監(jiān)測的內(nèi)容包括信號狀態(tài)、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態(tài)及聲道分布等信息，并提供聲訊報警；具備完善的報警查詢能力，支持根據(jù)多種條件查詢結(jié)果；具有分段錄制功能，可以實時檢索、調(diào)用存儲在硬盤中的錄制內(nèi)容，以備對異常信號進行分析、判斷；此外，服務(wù)器支持過期素材自動刪除，根據(jù)預(yù)設(shè)的時間和容量門限可以自動刪除過期錄制內(nèi)容，釋放存儲空間。

2.5 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)報警機制

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)報警優(yōu)先級設(shè)定是為了在對各頻道播出末端PGM和預(yù)播信號進行頻繁輪巡的同時，區(qū)分各種報警信息的重要性并以不同的預(yù)設(shè)方式顯示，從而提高系統(tǒng)應(yīng)急處理的能力，減少故障影響程度。故障報警機制如下：

1）報警類型機制：單次報警、連續(xù)報警、間歇報警、有限次數(shù)報警。

2）報警級別機制：普通報警、較嚴重報警、嚴重報警。

3）報警方式機制：聲音、文字、圖形、短信。

4）報警過濾機制：報警級別、報警事件、報警方式、報警信息排序。

5）報警日志機制：監(jiān)測日志、檢測報警數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫供日后查詢，同時將這些數(shù)據(jù)上報給播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。

3 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件構(gòu)成

3.1 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件構(gòu)成

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)軟件主要分為信號檢測模塊、信號編碼錄制模塊、監(jiān)錄狀態(tài)信息顯示模塊、監(jiān)錄終端操作模塊及數(shù)據(jù)庫信息存儲模塊。播出信號監(jiān)錄監(jiān)測系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)如圖5所示，信號監(jiān)錄終端主要功能包括配置管理、實時監(jiān)錄、日志查看、統(tǒng)計報表和其他狀態(tài)監(jiān)測等。另外軟件還提供了日志查詢功能，包括狀態(tài)、級別、信號點、告警內(nèi)容、發(fā)生時間、結(jié)束時間、持續(xù)時間、處理情況及是否在監(jiān)測時段；可以生成統(tǒng)計報表，可以選擇以柱狀圖或餅狀圖展示；統(tǒng)配置管理含顯示參數(shù)、檢測時間間隔、報警機制、通信狀態(tài)、軟件自動維護時間間隔、監(jiān)錄素材生命周期管理、系統(tǒng)存儲硬盤管理、日志保留時間等。

圖5 播出信號監(jiān)錄監(jiān)測系統(tǒng)軟件邏輯結(jié)構(gòu)

預(yù)播監(jiān)錄軟件界面如圖6所示。在操作界面上除顯示監(jiān)錄圖像和伴音通道及電平外，還顯示常用指標的檢測結(jié)果，實時檢測所監(jiān)錄頻道預(yù)播信號的狀態(tài)、制式、EDH、靜幀、黑場、音頻狀態(tài)及聲道分布等信息，其綠燈表示信號參數(shù)正常且在設(shè)定閾值內(nèi)，黃燈表示信號參數(shù)超出設(shè)定閾值，灰燈表示信號丟失或功能限制。另外系統(tǒng)還檢測信號總體狀態(tài)、數(shù)據(jù)庫狀態(tài)、設(shè)備通信狀態(tài)。利用監(jiān)測卡自帶信號檢測功能，當(dāng)信號狀態(tài)異常時，軟件右下角會依次彈窗發(fā)出相關(guān)實時報警提示信息，幫助值班人員快速、準確地判定故障發(fā)生原因。

圖6 預(yù)播監(jiān)錄軟件界面（截圖）

3.2 播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)功能特點

1）信號實時檢測報警功能。通過與信號質(zhì)量檢測卡配合使用，可以實時對關(guān)鍵點信號做量化檢測，對視頻丟失、黑場、靜幀，是否出現(xiàn)彩條、彩底，聲音是否中斷或過低（過高）等這類定性監(jiān)測報警的實時性非常重要，可以幫助值班人員隨時掌握信號狀態(tài)，第一時間對播出事故進行應(yīng)急處理。

2）圖像伴音實時監(jiān)看功能。所監(jiān)錄頻道的預(yù)播圖像和伴音電平顯示在監(jiān)錄終端上，并顯示當(dāng)前采集狀態(tài)。

3）自動硬盤錄制功能。監(jiān)錄軟件將信號采集卡接收到的高/標清SDI信號以Windows Media Video 8（WMV2）流媒體格式編碼成帶寬為1 Mbit/s的媒體數(shù)據(jù)保存到本地硬盤，存儲節(jié)目按錄制頻道、當(dāng)前的日期、時間自動生成錄制節(jié)目相應(yīng)文件的文件名。

4）檢索回放功能。錄制在本地硬盤的節(jié)目可以檢索和回放。因為預(yù)播素材是分段（10 min）錄制的，所以可以檢索并回放已存檔的錄制內(nèi)容，為提前預(yù)判節(jié)目異常提供依據(jù)。

5）軟件后臺管理功能。監(jiān)錄系統(tǒng)有完備的保存機制，比如數(shù)據(jù)編碼格式、數(shù)據(jù)保存時間等。另外，監(jiān)錄系統(tǒng)還可以自動清理過期的錄制素材，智能管理剩余硬盤空間。

6）融入播出智能監(jiān)控系統(tǒng)。在播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，關(guān)鍵點信號檢測屬于其子功能模塊，每塊檢測板卡提供一個自適應(yīng)千兆以太網(wǎng)口，全機箱一共輸出10根網(wǎng)線通過交換機接入播出智能監(jiān)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)有故障發(fā)生時每塊檢測卡會通過SNMP Trap方式發(fā)送報警信息。播出智能監(jiān)控系統(tǒng)接收到信號級監(jiān)測的源數(shù)據(jù)，發(fā)布到分布于其系統(tǒng)中的各監(jiān)控終端上，監(jiān)控終端根據(jù)事先設(shè)置的級別對不同信息進行提示或者聲光告警，提醒值班人員采取相應(yīng)的應(yīng)急措施最大程度降低播出事故的發(fā)生。

4 總結(jié)

播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的建立是保證安全播出的重要手段之一，可以實時監(jiān)測監(jiān)錄各頻道播出、預(yù)播的HD/SD-SDI信號，一旦發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵節(jié)點信號異常，能及時幫助值班人員第一時間對播出事故進行處理，同時監(jiān)錄結(jié)果可作為分析判斷事故的依據(jù)。南京臺建設(shè)的這套播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)自2013年5月份啟用以來，作為一項新的技術(shù)手段為南京臺節(jié)目的優(yōu)質(zhì)安全播出提供了更多的保障，相信隨著日后不斷改進和實踐將會為南京臺的節(jié)目安全播出發(fā)揮越來越大的作用。

[1]龔曙光.硬盤播出系統(tǒng)的設(shè)備監(jiān)控［J］.電視技術(shù)，2008，32（8）：78-79.

[2] 曹健，吳永生.南京廣播電視集團硬盤播出系統(tǒng)建設(shè)［J］.廣播與電視技術(shù)，2013，37（9）：40-46.

[3]黃蓓.基于SNMP的協(xié)議的播出監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用［J］.廣播與電視技術(shù)，2013，37（11）：20-23.

TN948

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2013-11-18

【本文獻信息】吳永生，楊旸.播出信號監(jiān)測監(jiān)錄系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用[J].電視技術(shù)，2014，38（8）.

吳永生，南京廣播電視集團電視播出部副主任，高級工程師；楊 旸，南京廣播電視集團電視播出部主管，高級工程師。