北京广播电视台安全播出技术监控系统的升级改造

张德军，董桂平

（北京广播电视台，北京 100022）

0 引言

为了缩短播出事故的处理时间，降低播出事故造成的影响，北京广播电视台以台内监录科和国家广播电视总局检测台监测方式为基础，开发出一套人防、技防相结合的技术监控平台。

1 安全播出的重要性

根据国家广播电视总局的要求，广播电视安全播出要做到不间断、高质量、既经济、又安全。长期以来，安全播出重于泰山，是广电事业的生命线。确保广播电视安全播出，是全国广电系统的一项长期的根本任务[1]。

2 播出系统安全播出技术防范措施

对于任何一套系统，故障都是难以避免的，而且故障具有突发性和偶然性。为确保安全播出工作，拥有一套相对稳定的系统和完善的技术方案尤为重要。

在日常工作中，安播事故的处理原则是，工作人员一旦发现故障，应马上采取相应措施，按照预案处理要求，选择最佳方案，防止出现连锁事故。如何快速判断故障和处理故障，需要工作人员具有丰富的值班经验，对于各类故障和问题有预判能力，头脑中要有各种故障的原因和相应的最佳解决方案。但是在实际的工作中，值班员很难达到国家广播电视总局对播出安全故障处理的要求，处理事故时间较长。因此，北京广播电视台播出中心于2015年提出了人防和技术防范双重措施的想法[2]。

3 安全播出技术监控系统

3.1 技术监控初步探索

2015年前后，北京广播电视台播出中心受到国家广播电视总局检测台和台内检测科的监控平台启发，挑选部门内骨干人员经过长期的参观调研，提出了符合北京广播电视台播出中心的技术监控方案。

本次监控系统建设采用“格非”监控系统。此系统初步实现了统一监控平台架构，可以将监测信息进行汇总并进行统一分析、声光报警、查询、故障信息收录及展现。根据对信号监控需求的理解，报警方式在不同岗位、不同机房、不同位置采用语音、蜂鸣器、报警灯、文字显示等各种方式，组合不同的报警提示方法，适配现场对管理的复杂 需求[3]。

系统历时半年搭建完成，基本完成了当时对播出信号的监控，经过技审的参数设置对于大部分播出信号视频黑场、静帧、视频丢失、彩场、彩条、台标丢失等故障都能够进行实时报警。但在实际应用中，由于系统的参数设置太过机械，使得误报率很高。高频率的误报使得值班员产生了“狼来了”心理，系统在实际应用中的报警作用效果逐渐大打折扣。

3.2 北京广播电视台高标清频道项目技术监控系统

随着时间的推移，2019年，由于北京广播电视台播出系统老化，播出系统改造已迫在眉睫。随着电视技术的不断发展，结合北京广播电视台采用高标清同播系统设计方案的现状，为了保证播出安全，北京广播电视台播出中心改造工程中的技术监控系统进行了全方位的升级改造。

3.2.1 技术监控系统主要功能特点

北京广播电视台高标清频道项目监控系统结合最新技术，针对电视台内安全播出的需要立项开发。从播出系统安全、稳定、可靠方向出发，系统提供统一、准确且具备扩展能力的监控平台。监控平台负责实现对系统内相关设备、信号、业务流程等多个维度的监控工作。技术监控系统采用统一监控平台架构，将监测信息进行汇总并进行统一分析、处理、查询、管理、报警、监测信息调度及展现，可对整个播控系统进行信息采集、汇聚分析，最终完成信息展现。技术监控平台功能非常全面且强大[4]。

信号技术监控主要包括信号采集、技审、一致性比对、切换、信号回显这五个主要功能。系统对采集的信号进行技审，技审结果通过声光报警系统告知值班员。一致性比对将对主、备、二备共三路信号进行循环比对，将比对结果进行仲裁并通过RS-422接口发送给切换面板，经GPIO控制四选一进行自动切换（程控键开启）。系统功能、流程如图1所示。

图1 信号监控系统导图

3.2.2 播出报警模块

信号监控系统具备完善的浅压缩流实时呈现界面，可以通过桌面压缩推送流媒体格式到B/S端，将末级主路、备路、第三信号源、垫片、主路PGM、备路PGM信号进行整体呈现并提供SDI故障报警、一致性比对信息。SDI视频信号监测包括视频黑场、静帧、视频丢失、彩场、彩条、台标丢失以及测试图等特定场景；视频监测项可以精确到帧，可以自定义画面监测区、静帧、黑场、彩条等检测参数，界面如图2所示。

图2 播出报警模块－报警界面

信号监测结果通过图形界面方式进行展示，图形依据实际视音频链路情况形成链路监测图、监测页面独立频道链路监测图（带所采集节点的实时频道画面），供技术人员监看，同时也支持单页面所有频道监测展示，用于技术人员对所有播出频道信号情况的统一管控[5]。

3.2.3 一致性比对技术

播出视音频链路上采集的各个频道4×1切换开关前级高标清主路、备路、第三信号源需要与高标清主路、备路末级信号进行视音频一致性比对和信号监测。一致性比对技术是这次改造的最大亮点之一。一致性比对结果可以指导技术人员进行应急切换，支持按照报警及切换策略进行报警发布和自动切换。

系统可以根据视音频一致性比对结果进行信号异常判断，并能自动触发四选一切换面板控制四选一（主、备、第三信号源、垫片）切换开关准确切换至正常链路信号，该过程通过声音、光闪烁、蜂鸣及文字提示等报警形式对值班人员进行提示，同时允许手动接管该过程进行应急处理；报警与切换面板按键的颜色闪烁、蜂鸣器报警等动作联动，可以直观地指导手动接管过程。

系统可以灵活指定报警与自动切换逻辑，切换关系可以指定优先级，能适配不同的报警、切换模式。优先级为主＞备＞第三信号源，当主路出现信号黑场且备、第三信号源正常时，比对提前发现故障并报警，当达到监测黑场阈值（比如3 s）时，放大报警提示并执行切换到备路；若此时第三信号源处于与备路不一致的状态，也可以根据策略配置为允许自动切换到备路或者只是报警提示，通过这种方式来适配实际的不同应用场景，如图3所示。

图3 一致性比对系统呈现

在实际应用中，工作人员可以根据需求进行自定义比对区域的设定，支持多个区域或异形区域；可进行门限阈值及报警、自动切换判断逻辑的自定义配置，并且可以对每一路信号源信号监测指标阀值独立配置。一致性比对系统提供自动延迟适配能力，支持高精度比对组的自动延迟、缓冲处理，容许比对信号间出现一定的延迟抖动，避免误报，延迟阈值可自主设置。系统提供报警加速机制，在出现一致性比对信号不一致的情况下自动提高信号监测灵敏度。系统采用服务器+IO卡的模式，通过将信号采集到设备内存，在YUV数据层面进行信号的检测、比对。面板作为控制信号的中继，自动控制和报警信号通过一致性比对服务器采用RS-422协议进行发送，面板接收后通过GPI触 发4×1切换器。

3.2.4 切换控制

项目选用稳定可靠的4×1一致性比对面板进行手动/自动切换控制。系统根据视音频一致性比对结果和信号监测结果进行切换判断，自动触发4×1一致性比对面板控制4×1切换设备，准确切换至正常信号。后台系统出现问题后，切换设备依然可以正常手动控制4×1切换设备进行切换。切换面板根据项目需求进行定制设计制作，设计如图4所示。

图4 切换面板前面板设计图

面板上按键的颜色有黄色、绿色、红色，有常亮及闪烁效果以及程控、面板锁定按键。切换面板上有声音、光闪烁、蜂鸣报警形式，可以对值班人员进行提示，根据设定的规则进行灯光、声音报警展现。当监测信号出现异常，面板蜂鸣器高频率响起，异常信号对应按键红闪提示，完善的切换逻辑指示应该切换的正常信号，对应按键绿闪提示；如果存在视音频不一致情况，面板蜂鸣器低频率响起，异常信号对应按键黄闪提示，提示值班人员进行处理。系统允许手动接管该过程，由值班人员进行手动切换。

此次升级改造后，技术监控系统可以实现对信号视音频故障的及时发现、信号切换的延时监控报警，可以快速准确定位故障问题点，对高标清频道进行全天候监控。系统可以对播出系统的播出信号进行技审，对各路信号进行比对，满足播出安全的需求。系统可以在4选1切换面板的帮助下，实现自动对3路播出信号的实时监测并进行自动切换，执行效率满足实时处理和应急需要，能够保证播出安全。

4 结语

安全播出是广播电视工作的主题，是一个复杂的系统工程。随着播出系统的再次升级改造，4K、8K对带宽等硬件需求的不断提高，IP流、allinone网络化播出系统肯定是未来播出系统发展趋势。发展意味着挑战，新的播出方式必然带来新的播出安全的挑战。近年来，随着5G技术与人工智能技术的不断发展，未来的技术监控系统可以考虑引入人工智能的算法技术，根据实际需求而不是简单的参数设置来进行监控报警处理，根据实际应用场景，由AI机器进行不断的学习，来提供智能化的服务。这样不仅能降低机械系统带来的误报率，更能让系统自主学习、自主判断，减少人为事故的发生，更及时、准确地处理播出事故，保证安全播出。