播出应急可视化一键式切换优化算法

李瑞民

(上海风格信息技术股份有限公司，上海 201804)

播出应急可视化一键式切换优化算法

李瑞民

(上海风格信息技术股份有限公司，上海 201804)

在电视节目的安全播出中，采用多路输入互为备份的方式，可以有效地避免因单点故障而导致整个频道的输出异常。特别是大型电视台，会采用主路、备路、备二、垫片四路输入，然而四路之间复杂的切换关系，使值班人员通常要花费较长时间判断，并且容易出错。通过可视化一键式切换优化算法，将原来复杂的人工判断交由计算机来完成，将原来需要组合判断的故障处理条件简为两画面之间的切换，并且明确给出“切”与“不切”的准确提示，加之可视化效果，使整个过程简单、明了、准确、快捷。最终通过 程序验证，证实了算法在提高值班人员故障处理便捷性和准确性上有很好的效果。

一键式切换；可视化；图像层；切换逻辑；优化算法

1 传统的频道播出监控方式

电视节目信号的监控中，监控系统及时、准确地发现故障并报警，值班员根据报警，迅速做出正确的切换动作，是保障节目顺利播出的决定性因素[1]。

在一个设施完善的电视频道中，为了保障节目的顺利播出，会使用多路信号作为信号源，值班员可以从多路信号源中任选一路输入作为输出[2]。以上海电视台为例，每个频道使用主路、备路、备二、垫片共四路信号，如果不经过监控系统，则这四路信号经过一个“四选一”开关输出即可。这里的“四选一”开关的作用即从上述四路输入信号中选择一路作为输出，该输出信号就是电视机用户最终看到的电视节目，因此，值班员在四选一开关上的操作直接决定最后输出信号的正确性。采用传统监控系统的一个完整频道如图1所示。

图1 一个频道的监控示意图

在图1中，四路完全相同的信号分别通过信号监控板卡，在输出原封不动的节目之外，还会通过网线输出节目码流中的报警，无论是报警，还是原来的码流节目都汇集到“多画面监看系统”中，值班员平时在监看多画面监看系统的同时，随时会根据四路输入中出现的报警，控制四选一开关，使最终的输出为四路输入中没有故障的那一路。

在四路输入中，主路与备路采用同一套节目源，链路上设备相同但链路完全独立，这样做的目的，是因为两套链路同时出现故障的概率会远远小于一条链路出现故障的概率；备二与主备在链路上的设备不同且完全独立，这样避免因设备设计缺陷而导致节目受到影响；垫片则是前三路小概率事件下的“最后阵地”，不仅是完全独立的设备链路和节目源，甚至从节目内容上，前三路信号的内容是必须完全一样的，而垫片为确保无故障，这条链路可以简化到只使用本地设备中风景或广告片的循环播出。

虽然在播出中，四路输入按主路、备路、备二、垫片的顺序，后一路信号都是前一路信号的备份，并且在四选一开关所用的信号严格按照这个顺序进行切换。不难想象，无论是理论上，还是实际中，四路节目都可能出现故障，并且其出故障的概率都是相同的。不过，作为一个完整的频道，所关注的不是哪一路输入信号出现故障了，而是关注两点：一是当前的输出所对应的输入信号是否正常；二是万一现在输出的信号对应的是有故障的输入，那么应该从剩下的三路正常信号中选择哪一路作为输出。这不仅仅是正确与否的问题，而是要在最短的时间内迅速做出正确操作的问题。

2 当前模式存在的问题

前面提到的这个看似简单的问题中，其实存在很多需要解决的关键问题。首先是人的生理问题。因为信号出现故障是小概率事件，但正是这种小概率事件，会使长期处于第一线的值班员在工作中时时刻刻处于紧张状态，而当发生故障时，反而因麻痹而错过切换时间。其次是判断流程的复杂，也是个关键问题。当某一路输入信号提示发生故障时，并不意味着一定要做“切”的操作，此时的值班员首先要考虑的是最终的“输出”信号是否正常，如果输出正常，只需要排查故障链路即可；如果输出有故障，则值班员还要马上判断输出所对应的输入是哪一路，在排除出故障发生所在路之后，再在剩下的三路信号中，按主路、备路、备二、垫片的顺序优先选择要切换的输入信号。整个过程不仅耗费较长的判断时间，而且还会因为紧急情况下要考虑因素较多而造成错切事故。

综上分析，上述传统的工作方式下，系统的瓶颈在于人为干预的太多，且都是安全播出中最关键的环节。

2.1 算法分析

撇开人为因素，分析图1所示传统的工作方式，不难发现，在一个频道中，四路输入信号中的每一路，在经由监控板卡发现故障，并将报警送给多画面监看程序的时候，多画面程序很容易将没有发生故障的信号源按主路、备路、备二、垫片的优先级顺序排列。例如，备路有故障，则没有故障的排序是主路、备二、垫片。

仅仅有了上述排序还不够，因为此时要不要“切”，还取决于四选一开关当前的输出选择的是哪一路输入。同样是上例，如果当前开关的输出是主路，虽然备路发生了报警，但仍然不能“切”；但如果当前是备路，则要“切”，并且要切到主路；如果当前是备二或垫片，虽然二者的信号都没有问题，但由于主路是正常的，也要切回到主路。

根据这一分析，说明应急操作要同时考虑两个因素，一是四选一开关的当前状态，另一个是给值班员一个“切”或“不切”的提示。

2.2 切换逻辑

很显然，当某一路作为输出的信号且有报警时，必切到其他路；同时当某路信号有报警时，不会由其他路信号切至该路。基于这一原则，不难发现，一个频道的各路信号之间，由于每路均有正常和报警两种可能，因而一个频道的状态总共有24=16种组合。如果再加上“当前的输出所对应的输入”的4种可能，则整个频道所有状态的组合数共有16×4=64种。而这64种组合中，无论是哪一种，最终所要的结果都是向用户给出“切”与“不切”的提示。

根据上述分析，可以列出切换逻辑表，如表1所示。

表1 “‘四选一’开关”切换逻辑全表

主路备路备二垫片当前输出应急画面提示————主备路不切————备、播、垫主路切报警———主、播、垫备路切报警———备备二不切—报警——主备二不切—报警——备、播、垫主路切——报警—主备路不切——报警—备、播、垫主路切———报警主备路不切———报警备、播、垫主路切报警报警——主、备、垫备二切报警报警——备垫片不切报警—报警—主、播、垫备路切报警—报警—备垫片不切报警——报警主、播、垫备路切报警——报警备备二不切—报警报警—主垫片不切—报警报警—备、播、垫主路切—报警—报警主备二不切—报警—报警备、播、垫主路切——报警报警主备路不切——报警报警备、播、垫主路切报警报警报警—主、备、播垫片切报警报警报警—垫垫片不切报警报警—报警主、备、垫备二切报警报警—报警备备二不切报警—报警报警主、播、垫备路切报警—报警报警备备路不切—报警报警报警主主路不切—报警报警报警备、播、垫主路切报警报警报警报警主、备、播、垫——

表1中，“主路”、“备路”、“备二”、“垫片”4个字段分别表示4路输入是否有报警发生，空白表示没有报警、“报警”表示有报警发生；“当前输入”字段中，对主路、备路、备二、垫片的称呼进行了简化，分别用“主”、“备”、“播”、“垫”代替，当有多个字时，表示各项之间是“逻辑或”(OR)的关系；最后一列“提示”字段则表示要不要切换；倒数第二列“应急画面”字段则表示如果切换，则切换到哪一路。

2.3 算法优化

传统的业务流程上，用户读到报警状态改变(报警发生或报警消失)时，首先要看开关当前的输出所对应的输入，并在四个输入中将该路去掉，然后在剩下的三路输入中，找到按主路、备路、备二、垫片顺序中，最靠前的那个正常的输入路数，通过该值与开关当前所对应的路数相比：如果前者小于后者，则实施切换的操作；如果前者大于后者，则不要切换。

根据2.1节的结论，应急操作要同时考虑两个因素。体现在值班员的工作上，就是值班员其实并不需要同时看主路、备路、备二、垫片这4路信号，在出现故障的时候，值班员所关注的只是“下一个要切换的开关是哪一路”。因此，该系统的屏幕可以缩减为两个，如图2所示。

图2 单频道应急操作示意图

在图2中，原来监控输入的主路、备路、备二、垫片、输出，现在优化为：“输出”仍然保留，而前4路改为1路“应急”。应急屏幕所显示的内容按表1的逻辑进行自动切换，这意味着，用户在看到故障发生的时候，只要看到“应急”是正常的，就可以将当前信号切换到应急所在那一路即可。按照这样的逻辑，其实这里只要提供一个提示切换的按钮即可。并且这个按钮在不需要切换的时候，可以隐藏或者无效，以防值班员误切。

而经过上述分析以后，系统则将问题由原来的“看输出”、“输入的四选一”、“切不切”3个步骤，简化为“切与不切”一个步骤，最终实现“一键式”的操作。

3 程序设计和测试

要实现上述算法，需要对原有多画面监看系统进行功能

扩充，为了保持原有兼容性，可以在系统中增加一个程序，该程序像多画面监看程序一样，接收四路板卡发送来的报警和节目码流，所接码流用于显示图2中的输出和应急两路视频，报警则用于判断四路输入中，哪一路的信号有故障，同时，还要通过串口与四选一开关相连，一则是读取其输入是哪一路状态，二则是必要的时候向其发送切换命令。该程序的架构如图3所示。

图3 实现一键式切换优化后的系统图

结合具体的业务，上海电视台采用的是每个值班员看4个或9个频道，以4个频道为例，该软件的界面如图4所示。

图4 可视化一键式切换软件主界面实物图(截图)

在图4中，共有四个频道，以2×2的布局展示，每个频道布局相同，对于每个频道所在的区域中，左边主显示区显示的是四选一开关输出的信号，右上角显示的是经过算法选择的非输出、不报警、最优输出的“应急画面”。下面的按钮中，“主路”、“备路”、“备二”和“垫片”四个提示框表示四路输入的报警状态，“智能应急”提示框表示当前的应急画面。

以左上角“东方卫视”频道为例，左边表示“输出”的信号为主路，此时备选的最优输入应该是备路，假设发生了主路和备路同时出现故障，这时“主路”和“备路”的提示框会呈现红色的报警状态，系统根据上述算法得出智能应急的输入应该是“备二”，并在“应急画面”上显示备二节目，在其画面上显示出“切”的字样，由于系统采用触摸屏的方式，因而此时值班人员，只需要用手单击“切”字即可。切换后，“备二”输入这一路的信号将在作为“输出”的左边大屏幕区显示，同时根据算法，如果当前主路、备路仍然故障，备二已作为输出，则切换操作后的“应急画面”上将显示垫片的节目。

经过测试和试运行，上述软件将复杂的、需要由人工进行的判断，转由计算机进行判断，给值班员留下的只有两路信号之间切与不切的选择。并且，从实际使用中，值班员不再需要目光不停地在多画面和开关切换面板之间切来换去，减少了工作强度。

软件经第三方专业测试，报警反应时间(从软件报警产生到界面显示出提示)三轮分别是470 ms、430 ms、400 ms；在强制切换时间(从软件下发切换指令到实际切换成功)三轮分别是270 ms、130 ms、170 ms。由于优化后的程序，变成了“一键式切换”，省去了判断是否要切、切换到哪一路等诸多人为的、受外界影响波动最大的因素，因而可以大大提高反应速度和准确度。

4 小结

可视化一键式切换的优化算法，是在分析传统工作业务流程的基础上，结合现有各流程中的一些的不足，综合了值班员的业务工作[3]提出的一种改进方案。通过程序验证了算法的正确性和可靠性。通过测试证明，算法是可行的，并在实际上减少了电视台值班人员工作时的工作量，减少了出错概率，提出了工作效果。相信通过对算法的研究，为电视信号监控“消灭漏报，减少误报”作出贡献。

[1] 董玫.河南电视台高标清新闻网网络管理和安全防护[J].电视技术，2013，37(12)：66-68.

[2] 惠新标，郑志航.数字电视技术基础[M].北京:电子工业出版社，2009.

[3] 崔建秋，崔宇良.江门电视台新闻制播系统设计及实施[J].电视技术，2012，36(24)：67-70.

上海市广播电视台项目“播出智能监管与应急辅助系统”(130009)

TN919.83

B

10.16280/j.videoe.2015.20.018

2015-03-27

【本文献信息】李瑞民.播出应急可视化一键式切换优化算法[J].电视技术,2015，39(20).

李瑞民(1973— )，工学博士，高级工程师，多年来一直专注于广电领域内的计算机安全技术、网络设备与信号监控等领域的研究与应用，出版专著6部，论文数十篇。

责任编辑：哈宏疆