分布式CMMB移动多媒体广播监测系统的实现

王 龙

(普宁市广播电视台有线网络中心技术部，广东 普宁 515321)

CMMB移动多媒体广播业务发展至今，已在全国300多个城市开通，逐渐成为全球最大的移动多媒体广播电视覆盖网络。CMMB信号覆盖率和收视质量，是衡量其业务水平和服务质量的关键要素。但由于地理、环境和人为等因素，人们在不同地点收看CMMB移动多媒体广播节目质量不一，同时运营商和监管者也无法获取其信号质量状况，造成了一定的监管空白。为了解决这一问题，需结合本区域内特点，选取合理的监测点，部署CMMB监测设备，完成所辖区域内信号质量监管。每台CMMB监测设备完成CMMB信号的接收解调、加密节目解扰和信号指标监测，并将监测信息和录像打包回传至中心平台。运营商和监管者通过建立中心平台，汇总所辖区域内监测点信号的传输指标、码流监测数据和故障报警信息等，完成CMMB信号集中监管和报警功能，同时实现对各监测点录像存储查看、实时流媒体直播功能。CMMB移动多媒体广播监测系统采用分布式架构，在网络协议构架上，中心与监测前端设备可通过TCP/IP通信，以实现音视频获取、信源的监控、信道的各种数据信息、媒体业务等内容［1－2］。

1 系统构建原则

构建一套完善CMMB移动多媒体广播监测系统，可按照整体规划、分步实施的原则，考虑标准化、规范化、开放性、安全性、实用性、高效性、技术成熟性、稳定性等因素，建立一套安全可靠、高质量、易扩展的集中监测监管系统，可从下面几点思路出发:

1)CMMB监测前端作为系统中重要的组成部分，一般放置在无人值守的机房内，采用嵌入式结构，具有较强的稳定性和安全性，满足7×24 h不间断工作。设备在发生异常时，支持自动启动。系统在供电异常终止再恢复后，能够恢复正常运行状态，继续执行原有任务。

2)CMMB监测前端设备要利于维护，具备远程网络维护功能。硬件设备独立模块化设计，可分为解调解扰模块、主控模块、配置模块等，所有模块需支持热插拔。可采用独立的配置存储模块，更换板卡或设备时，只需要将原配置模块拔下，把原配置模块插到新更换板卡或设备上，不需要进行重新配置，即可恢复正常使用。为满足业务发展需求，监测前端需具备灵活的扩展功能。

3)中心平台需具备大容量数据处理和存储功能，功能界面易于操作、实用性强。为满足多用户、多业务的分布式应用需求，系统采用B/S架构实现。

2 系统整体结构

如图1所示，系统由监测前端和监测中心平台组成，主要功能如下:

1)CMMB嵌入式监测前端如图2所示，专用于CMMB移动多媒体广播信号监测设备，每台监测前端采用标准1U机架式结构，通过外接小型吸盘天线，即可完成CMMB广播信号接收，每台监测前端可同时完成几十个业务的接收与监测，并将多业务流打包成标准的PMS流通过网络输出。采用广电总局的解密芯片完成节目解扰。CMMB嵌入式监测前端设备集信号接收解调、加密节目解扰、MFS监测、PMS打包输出功能于一体。硬件设备模块化设计，解调解扰模块、主控模块、配置模块均支持热插拔，有利于设备的维护。设备支持对复用帧头错误、复用子帧错误、视频、音频、数据段错误等复用流故障监测。支持网络信息表、复用配置表、业务配置表、EPG等的深度解析。支持CMMB信道指标监测，包括信号锁定状态、信号强度、RS误码率、LDPC误码率。支持信道参数指示，包括RS速率、字节交织模式、LDPC编码速率、调制方式等。CMMB嵌入式监测前端设备通过内置主控板，从而实现与中心监管平台的互联互通，并汇总所监测信号的传输指标、码流监测数据和故障报警信息上报至中心监管平台。系统支持录像存储查看、实时流媒体直播功能，支持多节目的轮巡轮播功能。可对电视节目和广播节目进行24 h实时录制，本地存储、转码格式支持H.264视频和MP3音频。故障录像、监测报警数据和采集信息本地存储，并实时上传中心监管平台。CMMB嵌入式监测前端设备具备传输保护功能，保证当出现传输网络故障时，在故障恢复后系统仍可将录像数据上传至中心存储系统。

2)中心平台，系统采用B/S架构，灵活地满足系统分布式、网络化监测的特征，集实时监测、业务配置、数据查询等多种功能于一体。可在GIS地图上实时展示所有监测前端信号的故障状态、故障日志、测量指标。支持实时音视频查看，查看监测前端的实时音视频，支持单画面、多画面以及单画面轮播。可展示各监测设备的实时状态、指标数据，以不同的颜色高亮展示故障情况。支持历史故障记录查询，支持多条件组合查询，可以根据故障记录查看、回传故障录像，查看实时视频、故障处理。支持声光、短信、电话等多种报警方式。为了保证系统安全性，具备系统管理功能，可为用户分配监测前端、权限，做到模块化管理。同时中心可完成前端远程维护功能，实时展示监测设备运行状态，远程重启、升级、电源控制，查询监测设备的历史设备故障。通过日志管理功能，可查询用户操作记录，并打印、导出到Excel，方便跟踪系统运行情况。

3 系统主要功能

系统实现了CMMB信号集中监测、集中数据调用管理、集中远程调度管理、集中配置管理监测前端等功能。中心平台实时显示各监测前端的节目监测状态、各项参数和回传的报警信息等。具体包括监测网拓扑结构以及监测前端GIS地理分布电子地图显示(见图3)。实时异态报警显示功能包括通过语言、文字、图形等手段对监测前端工作状态进行报警提示，显示各监测前端的名称、地址、电话、联系人以及最近报警信息的显示等。

图3 GIS监测分布图

3.1 数据采集

数据采集包括节目数据采集、报警数据采集和指标实时报警。

1)节目数据采集中，系统提供节目信息采集功能，监测前端周期性分析码流获取最新的落地频道内的节目信息，获取信息后上报监管系统，由监管系统发起节目信息采集指令。

2)报警数据采集中，系统实时接收监测前端上报的报警信息，并实时分析定位报警，实时展示分析后的业务报警信息。

3)指标实时报警中，系统在实时监视视频指标时，周期性给监测前端下发查看指标信息指令，监测前端实时回传指标信息，监管系统实时接收指标信息。

3.2 设备管理

中心平台支持对CMMB嵌入式监测前端设备状态查询，可包括设备能够响应中心平台下发的设备状态查询指令，查询内容包括CPU使用率、内存占用率、存储占用率、主机温度、CPU温度等，同时，设备能够按照查询指令参数正确上报查询结果等。当高于中心平台下发的报警阈值时，监测设备可主动上报异常状态。

监测前端具备独立的Web配置管理页面，可以远程IE访问，在图形化界面中对前端进行基础配置、备份导入导出、重启软件，查看前端通道使用状态、录像状态、核心模块工作状态，查看节目与板卡的对应关系、节目的报警开关报警门限、转码码率、录像路径，查看码流或节目的报警状态。

中心平台可完成对监测前端设备软件重启和电源重启等操作。

3.3 CMMB信号指标监测

中心平台可完成对各监测前端监测任务的批量下发和管理功能，中心可设置各监测点的监测门限。各CMMB嵌入式监测前端监测的内容包括支持复用帧头错误，复用子帧错误，视频、音频、数据段错误等复用流故障监测。支持网络信息表、复用配置表、业务配置表、EPG等的深度解析。支持CMMB信道指标监测，具体包括信道功率、信噪比、信号锁定状态、RS误码率、LDPC误码率。支持信道参数指示，具体包括RS速率、字节交织模式、LDPC编码速率、调制方式等。

技术指标具体为:1)调制方式为OFDM;2)映射方式为BPSK，QPSK和16QAM;3)频率范围为470～946 MHz;4)接收灵敏度小于－79 dBm;5)信号强度精度为1.5 dB;6)LDPC误码率精度为1%;7)RS误码率精度为1%。

3.4 音视频内容监测

各监测前端可完成对CMMB移动多媒体广播节目的音视频内容监测，包括彩场、静帧、彩条、音频丢失、音量过高或过低等故障。

1)彩场故障设置:黑场、蓝屏等彩场故障的监测门限单位为秒，当节目画面内容出现彩场并持续超过设定的门限值后，系统会对彩场故障进行记录及报警。

2)静帧故障设置:静帧故障的监测门限单位为秒，当节目画面内容静帧并持续超过设定的门限值后，系统会对静帧故障进行记录及报警。时间倍数参数是指当节目有声音时，将按门限与时间倍数值相乘计算。

3)音频监测类型选择:选择左声道监测时，系统仅监测左声道以及左声道伴音监听;选择右声道监测时，系统仅监测右声道以及右声道伴音监听;选择双声道监测时，系统监测双声道以及左、右声道伴音监听。

4)音频丢失门限设置:门限表示波动阈值，当音量波动的范围小于门限并持续超过设定的门限值后，系统会对音频丢失故障进行记录及报警。

5)音量过低门限设置:当音量值低于门限并持续超过设定的门限值后，系统会对音量过低故障进行记录及报警。

6)音量过高门限设置:当音量值高于门限，系统会对音量过高故障进行记录及报警。

3.5 节目内容编码压缩

监测前端可实现对节目视频H.264和音频MP3的实时转码。音频编码支持左声道编码、右声道编码、双声道编码和按原始声道数编码。视频图像和语音同步误差小于100 ms;对于存在多个音频流的节目，可提供选择指定音频的功能。

编码后的音视频流支持通过网络进行播发，可以使用VLC播放器进行音视频的解码和播放。支持视频码流与音频码流的同步时戳。支持OSD字符、时间位图的叠加。在录制视频和生成实时视频时，可以按要求在屏幕中叠加当地时间(年、月、日、时、分、秒)和相关信息，叠加的信息和日期位置、大小、字体可设。

节目录像本地保存，并可通过IP网络实时上传到中心存储系统保存。系统具有传输保护功能，保证当出现传输网络故障时，在故障恢复后系统仍可将录像数据上传至存储设备。

3.6 录制管理

CMMB嵌入式监测前端配备本地存储硬盘空间，满足节目长期录制要求，录制天数可调。系统支持自动删除过期的录像、录音文件。系统可通过流媒体的方式回传录像(录音)内容，内容可以使VLC播放器进行播放，内容上传使用HTTP协议进行传输。

作为监测前端设备，最易损耗和发生故障的是硬盘，为了尽量保证数据长期的安全性和有效性，录像存储方式采用磁盘预分配方案，即将系统缓存中的不同节目的录像数据以一定时间、方式和大小写到预先分配好的磁盘空间，同时写入一个录像文件的索引文件，而后把录像文件按照预先的文件顺序进行写入，这样可以有效降低磁盘读写频率，减少了磁盘碎片和冲击，显著提高了磁盘稳定性和寿命，同时通过索引文件快速找到相关文件，实现了拖动的快速响应。

4 总结

CMMB移动多媒体广播业务的迅速增长，给安全播出工作和运营服务质量提出了更高的要求，分布式CMMB移动多媒体广播监测系统从信号指标、节目内容质量等多层次完成监测功能，利用先进的技术手段确保监测信息的准确性、及时性和安全性，对于信号劣化、内容质量分析提供了强有力的支持。目前，CMMB嵌入式监测前端已在全国多个城市实现部署，得到了广泛认可。

［1］解伟.移动多媒体广播(CMMB)技术与发展［J］.电视技术，2008，32(4):4－7.

［2］袁三男.CMMB监测系统研究及实现［J］.电视技术，2011，35(21):154－156.