卫星电视监测系统网络智能化

李 彬，刘乐云，呙漪翎，倪浩耿

（上海广播电视卫星地球站，上海 201114）

0 引言

上海广播电视卫星地球站承担着上星播出传输任务，有10个卫星载波，6个标清频道、3个广播、22个高清频道、1个超高清4K节目，共计288个节点的监测，如果使用传统的接收、显示设备，还原数字基带信号，所需的设备是海量的，无法满足实时监测，快速、准确判断故障点。上海地球站监测系统采用了全网络化方式，对各节点信号从图像层、码流层、调制层的实时监测、收录。上海地球站监测系统网络架构中，使用的设备有：采集监测板卡、网络交换机、服务器和其他周边设备。

图1 监测系统框图

1 设备架构功能

1.1 板卡

采集监测板卡分为：ASI、RF、HDMI和SDI采集监测板卡，使用多通道模式对输入信号进行实时监测、分析和网路组播转发。该采集监测板卡提供ASI分析、码流结构分析、PSI/SI表格分析、码率分析、PCR分析、射频分析、TR1290报警、节目转发等多种功能。用户可以通过网络方便地获取分析报警结果、监看并进行相关配置。板卡自带CAM卡接口，可实现解密功能（需配备相应CAM卡）。板卡采用多通道、高集成化、模块化、网络化处理方式，替代原有的卫星接收机、信号处理器等设备，节省了设备成本提高了使用效率，为监测智慧化提供了扎实的基础。

图2 RF/ASI采集监测板卡

图3 SDI采集监测板卡

1.2 交换机

网络化系统构架采用全IP化，把信号接入层的各类监测板卡将基带信号数据IP化之后，将数据送多画面服务器，并通过语音报警系统和转码收录系统。

网络交换机主要功能包括物理寻址、网络拓扑、错误检查、帧序列和流量控制。支持VLAN（虚拟局域网）与链路聚合，甚至还有一些具有防火墙功能。除了能够连接到相同类型的网络之外，交换机还可以在不同类型的网络之间互连。网络交换机之间的连接有3种重要的技术：级联、堆叠和集群。

（1）级联技术：实现多台交换机之间的互连；级联扩展模式是最常见的一种端口和距离扩展方式，一种是如果交换机备有“UpLink（级联）”端口，则可直接采用这个端口进行级联；这种级联方式性能比较好，带宽比较高；级联网线必须是直通线，每段网线不能超过双绞线单段最大长度100m。

（2）堆叠技术：将多台交换机组成一个单元，从而增大端口密度和提高端口的性能。流行的堆叠模式主要有两种：链型模式和星型模式。堆叠技术的最大优点就是提供简化的本地管理，将一组交换机作为一个对象来管理。

（3）集群技术：将相互连接的多台交换机作为一个逻辑设备进行管理，从而大大降低了网络管理成本，简化管理操作。

上海地球站监测系统采用堆叠技术方式，将多台固定配置的交换机堆叠在一起可以用菊花链式堆叠方式，把交换机一台一台的串联起来，首尾两台交换机之间再连接一条堆叠电缆作为连接冗余。这个首尾交换机之间的冗余是非常重要的，如果中间某一台交换机发生硬件故障，它可以保证网络畅通。固定配置的堆叠式交换机看起来就像一台交换机，当正确的连上后，一条链路上的堆叠交换机对于网络管理员来说就如同一台单一的交换机，通过单独的管理口可以管理所有交换机和端口。

图4 堆叠交换机

网络传输中TCP/IP有3种传送方式：单播、广播、组播。上海地球站监测系统基于3种网络传输方式特点，采用了组播方式。组播传输可以增强报文发送效率，控制网络流量，减少服务器和CPU负载；优化网络性能，消除流量冗余；适应分布式应用，当接收者数量发生变化时，网络流量的波动很平稳。组播传输提高了数据传送效率，减少了网络出现拥塞的可能性。

图5 网络系统框图

1.3 服务器

根据服务器所提供的服务，一般来说服务器都具备承担响应服务请求、承担服务、保障服务的能力。监测系统的服务器包括多画面服务器、触屏服务器、逻辑中心服务器、BS数据库服务器、BS客户端服务器、语音报警服务器、录制服务器。上海地球站服务器主机采用标准2U机架式机箱，支持双电源冗余、双风扇、可热插拔；单电源供电时，该设备也可正常工作。

多画面服务器中使用的多画面监测报警系统支持标清、高清混播，能在多个TS流中任选多套节目，节目画面的位置大小可任意比例调整排列。提供彩色音频VU表，支持双声道、5.1声道音频显示。对节目的监看可以采用轮询监看以及重点节目单独监看的方式。在节目轮询选择时，画面不会产生中断。采用优化算法，极大降低系统资源，保证系统稳定运行。通过时码转换器，服务器之间使用统一时间源，实现时间同步功能，更好地保障系统稳定运行，并且为系统维护带来很大益处。系统软件支持的内容层告警类型包括：黑场（支持区域检测）、静帧、彩条、台标丢失、无声、音量过高、音量过低、音频丢失、视频丢失、音频解码错、音频加密、视频加密、码率过低、网络丢失、静帧报警、单色报警、无声静帧。

图6 报警示例

通过BS进行报警过滤功能配置，配置内容包括节目列表、时间段和报警类型。时间段设置可以支持按天或者按照周，可以指定起始日期和结束日期，以及开始时间和结束时间。报警类型包括多画面自身检测的告警，以及板卡上发出的射频报警和码流层报警。各个节目的各种报警开关、报警门限、报警敏感度，监测的声道数目均可独立设置。系统实现了语音、OSD、标题栏闪烁、触发录像等多种报警方式，并可对报警记录进行统计查询。

语音报警服务器将通过IP网络汇总来自多个监测前端发送的报警信息，基于监管平台下发的频道优先级、监测点优先级、报警优先级等配置经过逻辑处理后再进行语音报警。对报警信息和报警规则自定义，可自动时间文字转语音输出，可根据报警信息自动生成语音，不需要再录音录制。可以指定语音报警服务规则，指定可以通过语音报警服务进行报警提示的频道信息和报警类型信息，可对频道进行优先级配置，语音报警服务会更及时的播报高优先级频道当前报警信息。上海地球站对语音报警软件配置了独立的策略判断功能，可根据不同的逻辑策略组合，智能分析信号异常情况，精准判断是否具备应急操作条件，并提供独特语音报警提示。

2 新趋势

为解决安全播出上的困扰：安全播出事故等级，实现“降低安全播出事故等级，提高安全播出生产水平”的目标。从全方位入手，无须局限于采集、编辑、播出、调度、编码、调制等方面，采用数字化、网络化、自动化的系统构架，无论是播出系统、前端系统、卫星上行系统设备问题，所引起的基带信号、编码信号、调制信号出现异常，基于全网络架构的系统设备，会自动判断智能分析最佳应急方式，实现自动应急操作，减少在系统异常时，由于人工分析判断应急所花时间和其他人为因素，造成安全播出事故等级提高。在不久的将来，将会出现一位全天候、不受外界影响、不知疲倦、时刻高度警惕、经验丰富的安全播出“智能播出值机员”，为广播电视安全播出保驾护航。

3 结束语

根据广播电视业务在安全播出应急以及安全播出管理两方面的现实需求，落实国家广电总局提出的“安播零事故，传输高质量；国家利益高于一切，安播责任重于泰山”的目标方针，智能化监管必将全面实施。基于全网络化的监测系统，采用全IP化信号接入各类监测采集板卡将各种信号数据IP化之后，连同信号分析数据送入监测分析层，信号智能分析和转码收录一体化，智能分析汇总信号质量、监测数据和相关性分析数据后，通过智能分析准确判断并将节目异常数据上报应急监管终端，分别用于Web呈现、大屏展示、应急切换处理，这将解决目前在安全播出上的困扰，实现“降低安全播出差错率和事故等级，提高安全播出运行与管理水平”的目标。