数字电视视频信号监控系统设计与实现

蓝光华，季林河

（景宁畲族自治县融媒体中心，浙江 丽水 323500）

0 引 言

截至2021年，我国数字电视覆盖率达到98.9%，已基本取代了模拟电视，极大地丰富了人们的业务生活。电视信号的传输也会出现异常。借助信号监控系统，监控人员能够发现异常点。然而，现有的电视信号监控系统仍存在以下问题：数据传输效率低，存在延时现象，电视信号出现故障以后值班人员不能及时发现；传统监控设备缺乏记录和定位故障功能，需要人为分析；传统的监控系统设备和服务器数量较多，耗费人工成本较高[1]。因此，本文基于TV over IP和TS流监测技术设计数字电视视频信号监控系统，自动收集、分析电视传输信号，完成电视码流的监测录制、多画面的监控以及视频故障的分析，从而实现广电信号传输的信息化管理。

1 数字电视视频信号监控方案概述

近年来，数字电视技术的快速发展，使得用户不仅仅可以享受到高清电视服务，也可以使用直播、点播等多种业务。但是，由于数字电视传输网络覆盖广泛，信号传输异常时有发生。广电公司现有的标清节目和直播、点播节目信号监控也需要进一步优化和改进。综合分析目前广电公司数字电视视频信号监控系统，其功能主要包含如下方面：

（1）系统可以对数字电视信号进行监控，包含现有高清电视节目、标清电视节目、广播节目播出信号监测，出现异常以后可以自动报警[2]；

（2）监控信号传输过程中具有一定的抗干扰能力，传输效率较高，主机可以对监测业务、数据进行汇总管理；

（3）对监视节目的信号和QAM频点的码流、图像进行采集分析，同时可以切换监测画面。

实现数字电视视频信号监控系统的方案有很多，本文考虑方案如下。

（1）利用智能机顶盒实现精准监控。该方式中，机顶盒具有视频解码设备，可以将视频信号进行转换。工作人员可以在监控显示屏幕中进行肉眼观测，但会耗费大量的人力和物力。

（2）带大卡解密的监控主机利用同轴电缆实现异步串行监测。这种方式受限于同轴电缆传输的速度和带宽，效率较低，即使得到数据，以后还需要进行解码操作。配置带大卡的解码设备花费较高，硬件改造成本较大。

（3）带大卡解密的监控主机借助网络传输协议传输流的方式实现监测。这种方式通过嵌入式机箱本身就可以对电视信号进行解码操作，主机采用网络组播的方式获取解码后的信息。

考虑整个设计的成本，本文选取第三种方案，基于电视信号流在网络上通过TCP/IP协议传输，信息通过交换机汇总到监控系统主机中。而工作人员在办公室中借助常用的电缆就可以从主机中获取电视信号的监视情况[3]。

2 数字电视视频信号监控系统设计

2.1 机房硬件改造设计

系统收集和分析的核心介质是流频点，由于本文使用的TS流频点的监测，每一个TS流频点可以完成8个标清节目的监测，也相当于4个高清节目或16个广播节目的监测。根据景宁县现有的节目频道数量，可以选择两台具有16个TS流频点的设备，就能够满足节目监控的需求。

每1个TS流频点需要1个小卡支撑，而4个小卡可以装配在1个大卡模块，1台监控主机可以安装4台大卡，保障16个TS频点的节目监控，因而2台监控主机就可以完成32个TS频点的节目监控。这种“主机带大卡、大卡带小卡”的监控模式，单独切换任何频点都不会影响系统的运行。而且，每个小卡都是单独运行，即使出现故障也不会导致系统崩溃。此外，这种模式最大的优势在于对已经加密的电视信号进行实时监控，不需要解码监控，所用的设备减少，但监控的效率得到了提升[4]。系统主要设备如下：

（1）系统主机，本文选取IPX-IOK2000UIP型IP多画面主机[5]；

（2）数据服务器选取BS593A ML150G6型服务器；

（3）ST SNS603M型数字电视监测模块；

（4）TR101290型电视码流分析仪[6]。

2.2 监控系统设计

智能化的电视视频信号监控系统主要模块设计如下。

（1）多画面监控模块。本地信号、卫星信号等接入系统以后，系统借助IP传输协议将数据传输到主机和机箱中，然后把经过解码的TS信息流显示在多画面监控主机中，并对TS流统一进行调度，借助TCP传输协议进行监控配置。本文采用了热备系统，每个部件都是大卡和小卡，都是可以独立运行的。电视信号通过交换机传输到主机和大卡解码机箱中，在多画面监控模块中显示。

（2）码流分析模块。可以对多种信号进行分析，包含了电视信号通道监测和TR101290监测、节目监测、传输速度监测以及节目PES包头分析等[7]。结合多通道同时监测和报警、电视节目EPG信号的分析等。

（3）异常报警模块。本文配置了多套画面监控报警主机和码流分析仪。系统接收到IP数据流以后，借助VGA或HDMI接口完成电视节目信号传递，并显示到监控界面中，完成电视节目的实时分析。出现异常情况的时候，组播网络会将异常数据显示到多画面监控模块中，并且发出异常报警的声音。码流分析模块的分析结果也同时显示节目故障出现的原因，并提供对应的解决措施。

3 数字电视视频信号监控系统实现

3.1 多画面监控功能实现

多画面监控功能模块主要包括IP多画面主机、大卡解码机箱和BS数据库服务器，利用光纤与交换机连接。大卡解码机箱主要完成数字模拟信号解调处理，码流分析器将接收到的数据传输到交换机，然后由交换机将接收到的信息传送到多个屏幕监视器上。监视器可实现多屏组合监看、故障的判断及处理。每台监视器都可以将资料经由千兆交换机传送至资料终端机。

监视的电视信号数据会传输到主机设备中，工作人员使用的监控设备通过交换机从主机设备中获取这些信息，监控画面的好坏与主机属性有密切关系。整个监控系统部署在独立运行的局域网中，每个TS流都可以将对应的节目传输到监控设备中。由于涉及的电视节目较多，对于央视、地方卫视等采用实时监看的方式，对地方卫视、付费节目等采用轮询监看方式。为了对重点节目实时监控，系统通过节目频点设置的方式来实现，可以保证信号实时记录。

为了有效地消除图像闪烁、模糊等图像效果，本文采用多幅屏幕交错扫描的显示方法。屏幕使用Direct3D10的处理模式，具有较高的编程能力和兼容性，可以在不同的多操作系统环境下使用。

3.2 码流分析功能实现

码流分析模块通过有线数字监控对大卡解码QAM信号进行解码，对大卡解码ASI信号和QPSK信号进行码流的监控[8]。经千兆网传输IP数据流信号，通过VGA或HDMI线路将已经获得的信号数据分享到终端界面中，在没有丢失通道的情况下，可以对数据流进行分析。从图1可以看到，本文系统对主要电视节目图像进行分析和查看，而多屏系统主要完成PSI/SI数据分析，从而判断节目EPG的具体信息，判断其是否正常播出、播放码流是否被干扰、传输速度是否正常等，进而将故障消除于隐患。

图1 码流分析（流量监测界面）

3.3 异常报警功能实现

语音报警器是数字电视的一个辅助功能，一旦发生故障，就能发出语音提醒，提醒工作人员采取相应的措施。报警信息包含了信道失锁、误码率、EVM故障和PID错误等类型。这些信息的阈值以数据表的形式存储在数据库中。正常运行过程中，系统会对信号进行分析，如果在一定时间内超过设定的阈值，那么系统就会报警。报警信息传输到工作人员监控前端，通过语音形式告知工作人员。此外，本文系统提供了故障定位功能。数据库中存储有故障信息、可能出现的位置点、故障解决措施，依据不同的故障判断，这些信息会显示到监控前端。为了进一步减少误判断的情况，系统提供了参数设置的功能，用户可以对异常判断条件进行更改和设置，例如信号异常连续出现30 s，系统判断为数字电视信号出现异常，启动报警功能。

4 结 语

随着IPTV技术快速发展，数字电视得到了广泛的应用。传统的电视信号监视系统占地面积比较大、集成化程度低、监控机房环境较差。本文设计和开发的数字电视视频信号监控系统，满足节目的监控需求，还可以解析出故障发生的原因并给出解决建议，提高了电视信号监控的能力。