浅谈广播电视卫星地球站音视频监测系统原理与应用

摘要：本文概述了广播电视卫星地球站音视频监测系统的重要性和发展现状，探讨了音视频监测系统的结构、原理与功能，介绍了音视频监测系统运行的告警原理和实现手段，以及如何根据广播电视节目的需要进行具体配置。

关键词：广播电视;卫星地球站;音视频监测;智能化;自动化

随着广播电视技术的迅猛发展，卫星数字电视日益普及，广播电视的收听收看方式与内容逐渐多样化。从传输覆盖媒介上看，广播电视有卫星、有线、微波、互联网络、移动网络等多种传播方式。目前，广播电视卫星传输手段仍然是广播电视传输最便捷、最可靠、最普及的的手段。

广播电视作为人们日常生活中获取新闻、消息和消遣的一种基本需求，它的信号传输覆盖范围和质量关系到国家层面的媒体信息传播能力，是党和国家的声音传入千家万户的基本保障。

为了保证消费者的体验，保证国家政令畅通，广播电视节目的营运自然要追求高可靠性和高安全性。音视频监测系统的主要目标就是保证各类广播电视播出信号的传播内容安全和传输质量安全，从而实现广播电视业务安全播出这一根本目标。

1.卫星地球站音视频监测系统功能介绍

音视频监测系统的重要功能是及时进行异态报警。智能化和自动化是监测系统的发展目标。在安全播出监测过程中，监测系统可以自动发现播出过程中的异态。比如内容层面可以有效发现画面黑场、静帧、马赛克、声音丢失等错误，传输层面可以对照标准有效发现传输延时越界、码率抖动越界等错误。

可视化显示是安全播出监测的重要方面。信号、内容、网络、设备、报警等多种信息均需要在大屏上呈现。大屏显示不仅让抽象的信息可视化，同时也是协同分析会商的有效工具。

卫星地球站可视化信号监测系统，针对地球站的业务特点，对卫星节目的信源环节、中间传输环节以及卫星下行环节进行实时全面的监测。通过对各环节信号的信道质量、信号频谱、视音频质量、以及上行和下行接收信号的码流内容比对达到安全覆盖的目的。

在音视频监测系统中，广播电视信号提取方面，卫星接收天线接收到卫星信号后输出射频信号到卫星接收机或其他接收设备，接收设备对射频信号进行解调输出ASI流，ASI流包含多路复用的TS流或单路TS清流，ASI流的采集可以直接用ASI采集卡采集，也可以输出到解复用设备解成TS清流后组播输出。目前在卫星地球站普遍使用的是第二种方法。音视频监测系统就是针对解复用组播输出的TS清流进行解码、分析、判断和报警。

2.卫星地球站音视频监测系统结构介绍

目前的音视频监测系统主要分为6个系统模块：信号接收系统、监测显示系统、管理系统、转码存储系统、集中报警系统、网络系统。

信号接收系统负责接收电视信号，并将信号转换成可监测和转码存储的数据，分别供音视频监测显示子系统和转码子系统使用。数字卫星接收机和其他接收设备对接收信号进行解扰，解扰后的码流作为转码存储系统的输入，进入核心交换机。

转码存储系统用于转换数字电视节目的格式，将MPEG2编码的数字节目通过专用设备转码成MPEG4格式的文件，以IP流的形式进入传输交换网络，进行实时发布和存储，对于单节目的TS流，可直接转码为MPEG4文件进行发布和存储。网络化的节目传输链路则可以在各个监测点提取IP节目流进行监测，这也是音视频监测系统的发展方向。

监测显示系统用来实时进行音视频的监听监看，并实现某个监控节目源的切出独立显示。系统可以对监测点显示的节目可以进行随意切换。值班人员可以根据需要快速切换出想要监测的画面和声音。

集中报警系统通过声光告警简写迅速地显示告警内容，通常有静帧、黑场、无伴音等报警功能，通常以文字推送和语音播报的形式显示报警信息，值班人员可以通过集中报警显示来查看当前所有音视频监测报警信息，同时历史告警数据会记录到数据库中，可以进行实时查询。集中报警系统辅以轮巡多画显示能够更好的实现提示告警，使得值班的工作人员能够准确、快速的发现故障节目，直观的了解故障现象，从而准确判断故障原因，快速进行处理。出现告警时，语音报警服务器会显示告警，并自动语音播报。告警结束后，告警显示恢复，语音播报告警恢复。

管理系统帮助实现统计分析、业务配置、数据查询、报表生成 、系统管理等功能。对于音视频监测系统一个重要功能是录像查询功能，对已经发生的异常情况自动记录，采用分布式存储方式，录像节目存储于转码存储设备中，同时支持录像导出。录像查看可以按频道和时间进行查询，支持时间查询从录像文件的任意時刻开始。

网络系统：通过VLAN划分策略，根据网络模块化设计原则及监测系统的业务特点，依照各子系统的功能将整个网络划分为若干VLAN。各VLAN内部的数据转发机制与传统的二层网络一致，且不会影响到其他的VLAN;VLAN间的通信将由核心交换机提供的VLAN间三层路由实现。网络系统帮助实现整个系统的安全运行，能够有效抑制网络风暴，避免广播数据对整个网络和服务器的资源损耗。

3.卫星地球站音视频监测系统报警原理

对于一般监测系统，卫星天线接收到广播电视信号后输出射频信号到卫星接收机或其他接收设备，接收设备对射频信号进行解调输出ASI形式的TS流，TS流中包含多路复用的TS流或单路TS清流，也可以输出到解复用设备解成TS清流后组播输出。音视频监测报警系统就是针对输出的TS清流进行解码、分析、判断和报警。

报警系统通过分析TS流中的PID信息捕获音频码流，对音频码流进行解码就可以得到原始采样的音频数据。音频数据按不同声道依次排列。

3.1音频报警

对于音频报警，系统按照不同声道取出的音频数据就是该声道的音量值，我们预先设定了音量阈值，如果实际音量值在一段时间内一直保持在我们预先设定的阈值以下，该时间段的音频就处于静音状态。因为可以对不同声道进行取值，所以静音报警可以针对每个声道进行单独报警。目前，卫星信号中传输的音频数据往往是用同一个PID传输两路音频信号，左声道可能是电视伴音，右声道可能是一路广播节目。对于这种情况，由于监测对象的不同就要区分不同声道进行报警。音频报警类型主要是无伴音告警。

3.2视频报警

对于视频报警，系统接收到的视频数据经过一系列处理解码后，得到的是每一帧YUV格式的图像，其中Y代表图像中像素点的亮度信号，UV是像素点的色差信号。将每帧图像需要判断的范围，除去各种叠加图像的干扰，分成若干个大小相同的子区域，取每个区域的亮度值Y的总合建成一个m*n的亮度矩阵，通过对亮度矩阵的分析来判断报警。

视频报警主要包括黑屏和静帧告警。亮度矩阵的所有亮度值均小于一个设定的阈值，并持续一个设定的时间段，则该时间段图像为黑场，报出黑屏报警，如果没有视频输入，那么判定无数据，同时会输出黑场图像，也会报出黑屏告警。 对于静帧报警，如果本帧的亮度矩阵与缓存的前一帧的亮度矩阵相似，也就是说每个对应位置的亮度值都基本相同，那么这两帧图像相似。如果一个时间频段内的视频信号所有连续的两帧图像均相似，那么该时间段内图像静帧，报出静帧报警。

3.3报警组合

当音频信号出现静音或者视频信号出现静帧或黑场等异常情况时，系统会自动判断并计时，当异常信号持续一定时长（预先设定的可更改的阈值），系统产生报警。当信号恢复正常后，停止报警。

报警组合有两种报警类型，一是只有音频静音而同时刻没有视频报警时产生报警，如：无伴音报警。二是另一种视频信号异常，同时对音频信号进行测量产生组合的报警，如：黑场无伴音、黑场有伴音、静帧无伴音、静帧有伴音。 需要注意的是，同一时刻只有一种报警存在，例如，如果先报的是静帧无伴音，如果静帧结束但无伴音仍然存在，系统将先报静帧无伴音结束，然后接着报无伴音开始，直到有伴音后再报无伴音结束。

在实际应用中，很多正常节目会出现长时间静帧或无声情况，如财经类节目或棋类节目就经常会出现长时间静止解说画面。为了避免经常性误报警，此类节目的报警阈值可以适当的加大，如果普通节目的静帧阈值设的是10秒，此类节目的阈值可以设为20秒。

监测系统为每个节目的不同报警（静音、黑场、静帧）都可以设定阈值，阈值应该根据每个节目的实际情况来专门设定。监测系统为不同的节目设置不同的报警阈值，降低误报警的几率。

4.音视频报警配置原则

音视频检测系统的告警配置在每一台监测报警服务器上，由监测报警服务器将报警推送至集中报警系统、轮巡多画系统、语音报警服务器等进行不同形式的显示，如：语音、日志、OSD、数据库、短信、标题栏、边框等。

以卫星地球站音视频监测系统为例，大屏监看显示服务器收到报警后，通过显示边框变色提示告警;语音报警服務收到报警后，会产生相应声光告警;轮巡多画系统收到报警后，会弹出节目画面，显示报警内容;转码服务器收到报警后，如果设置了触发录像报警的故障触发时，系统还会对所有报警节目所在的码流通道进行录制。

在具体的设置中，系统支持多种情况下的故障监测，包括黑场、静帧、视频丢失、解码异常、台标丢失等等视频故障监测，支持音频丢失、音量过高、音量过低等音频故障监测。但是对于卫星地球站来说，对内容的关注度不高，对传输质量的关注度较高，因此，卫星地球站音视频监测系统的告警类型侧重于与传输质量有关的黑屏、静帧、无伴音告警。

对于音频参数，可以对声道、音频丢失、音频加扰、静音、音量过高、音量过低等项目进行判断，对于音频丢失的时长和判断音频丢失的电平门限等内容可以根据用户需要进行设置。对于视频参数，可以对视频丢失、视频加扰、马赛克、解码异常、黑场、静帧、彩条、台标等视频故障进行检测，对故障的持续时间，根据不同节目的实际情况进行设置，部分项目可以精确到每一帧图像进行检测。

对所有广播电视节目，音视频监测系统根据节目内容和以往监测经验进行分类，对判决门限设置略有不同。对常常出现静止画面的，如棋类节目和节目源容易出现异常的波动节目，门限设置会更宽松;对节目源相对稳定、很少出现音视频告警的节目，门限设置相对严格。

5.结语

广播电视地球站肩负着大量广播电视节目的传输工作，是党和国家的喉舌和形象，信号传输的质量安全极为重要。音视频监测系统通过节目传输的重要播出节点进行监测和把控，及时发现传输问题并针对故障进行报警，使从发射到接收的全链路都在监测之内，使专业技术人员可以应对故障进行异态处置，确保了广播电视信号稳定传输，在广播电视安全传输发射中发挥着极其重要的作用。

作者简介：解林娜（1986-），女，汉，河北，国家广播电视总局北京地球站，本科，广播电视卫星传输发射。