电视信号实时自动监测系统在电视播出的应用

■温州广播电视传媒集团：刘晓军

随着我国电视节目的不断丰富，电视节目播出的频率和频道数量也不断增加，为了有效地保证电视节目的播出质量，避免因工作人员的疏忽而造成节目播出事故，电视信号实时自动监测系统已成为各电视台和广播电台对电视信号进行监测管理的必要手段。

1. 电视信号实时自动监测系统的概况

1.1 系统组成

电视信号实时自动监测系统主要由图像采集子系统、图像处理子系统和视频服务器等部分组成。该系统主要用于对电视信号的实时监测，通过将采集到的电视图像信息进行处理，系统实时对各频道、各时段的电视节目信号进行监测和分析，实现对节目的自动编排与自动播出，并对播出信号进行预警。

1.2 系统功能

⑴电视节目监测：本系统可对电视台及电视台下属各频道的电视节目进行实时监测，包括各频道切换、主备频道切换、节目单及节目编排情况等；

⑵非实时监测：系统可对电视台及电视台下属各频道的非实时监测；

⑶节目播出状态监测：本系统可对电视台及电视台下属各频道的节目播出状态进行实时监测；

⑷节目信号源的控制：系统可控制电视台及电视台下属各频道的信号源，包括播出信号源、切换信号源和备份信号源等；

⑸节目流分析：系统可对电视台及下属各频道的节目流进行实时监测，包括节目时间、序列等信息，并将这些信息以视频流、声音流和图形流相结合的方式输出；

⑹报警管理：系统可对播出信号进行实时报警，包括触发时间、触发方式及触发条件等，并可将报警信息以语音或短信等方式发送到相关人员手机上；

⑺节目综合管理：系统可对电视节目进行综合管理，包括节目表的编排、检索、节目单的回放等。

1.3 电视信号实时自动监测系统的特点

①可实现多台电视节目的同时监测，实时显示监测节目播出状态；②前端监测模块采用全数字结构，具有较强的抗干扰能力；③系统采用模块化设计，结构紧凑；④前端监测模块能适应多种复杂环境；⑤系统支持多种显示方式，如数字矩阵、监视器、LED屏等。

1.4 电视信号实时自动监测系统软件的组成

由前端监测模块、后台数据处理模块、存储模块三部分组成。其中，前端监测模块所采集的图像数据经过处理后，以电子邮件或短信形式发送给值班人员；后台数据处理模块负责将处理结果以电子邮件或短信形式发送给值班人员；存储模块负责将处理结果进行存储。

⑴前端监测模块由图像采集单元、图像处理单元和无线射频收发单元三部分组成。其中，图像采集单元负责采集前端监测模块所需的图像数据，包括电视信号的数量、时间、位置、彩色/黑白转换等；图像处理单元负责对采集到的图像数据进行处理，如电视信号的幅值变化、图像清晰度、色度等；无线射频收发单元负责将图像数据传输到服务器端进行存储。

⑵后台数据处理模块包括数据接收模块、数据处理模块和系统管理软件三部分组成，其中，数据接收模块接收前端监测模块所需的电视信号并对信号进行解码，处理后将结果以电子邮件或短信形式发送给值班人员；系统管理软件负责对接收的结果进行分析和存储。

⑶存储模块负责将处理结果进行存储，包括实时存储和定时存储。其中，实时存储是指图像采集单元将信号传输到服务器端，对信号进行解码后，将处理结果以电子邮件或短信形式发送给值班人员；定时存储是指系统可根据需要对多路电视信号进行定时监测。

2. 电视信号实时自动监测系统配置

2.1 高清图像采集

系统采用NXP（NXP）品牌的高清摄像机作为图像采集设备，该摄像机具有自动增益功能，可以自动检测图像是否达到标准；具有自动快门功能，在自动曝光过程中，摄像机的快门速度可根据图像的需要而设置；具有自动增益控制功能，可以根据设定的阈值自动调节图像质量；具有自动白平衡控制功能，可根据设定的阈值自动调节白平衡，也可以通过手动调整白平衡来获得满意的图像质量；具有视频帧存控制功能，可以通过软件对视频帧存进行控制，以满足不同监控点不同节目对视频图像质量的要求；具有视频图像分析功能，能够通过摄像机采集到的视频图像进行分析。

2.2 视频信号监测

视频信号实时自动监测系统主要由高清视频采集装置、高清视频图像处理服务器、高清图像传输网络、高清图像分析服务器等部分组成，通过光纤连接，将采集到的高清图像数据实时传送至高清视频监测服务器，再通过该服务器将信号处理结果在客户端显示出来。前端高清视频采集装置通过光纤连接至高清视频监测服务器，该设备采用标准的24-bit模数转换器，采样频率高达30MHz。前端采集装置采用高精度的光电隔离模块，有效地解决了电磁干扰对检测的影响。视频图像处理服务器采用高性能的嵌入式处理器，具有很强的数据处理能力和运算速度，可满足快速分析和数据处理的需求。

2.3 音视频信号分析

在节目的制作、播出过程中，为使播出质量得到保证，会进行音视频信号的分析，主要对各频道信号、各频率节目信号进行分析，以监测播出效果。电视节目的音频和视频信号一般是由多路不同的音视频信号混合在一起组成的。当这些不同的音视频信号进行混合时，会产生多种干扰，影响电视节目的播出质量。电视节目在制作过程中，经常需要对某一个频道、某一时段或者某几个频道进行切换，切换过程中会产生各种各样的噪声干扰，干扰频率一般都在30MHz以上。这些噪声干扰的存在会使节目信号发生畸变和失真，从而影响电视节目的质量。

2.4 电视信号实时自动监测系统设备选型

⑴监控主机：具备对前端采集设备的控制、管理、监测、存储及分析等功能，具有远程控制功能，能够接收监测中心下发的操作指令，实时接收设备数据。

⑵硬盘录像机：对前端采集设备的数据进行存储，支持对多个不同频道进行批量备份，支持将硬盘录像机中保存的监测数据通过网络与服务器连接，在服务器上可以进行数据查看、备份、分析等操作。

⑶服务器：提供监控主机和硬盘录像机之间的通讯接口，通过网络控制器（TCP/IP）来实现监控主机与硬盘录像机之间的通讯，并实现对多个不同频道进行批量备份。

3. 电视信号实时自动监测系统在电视播出的应用

实现对电视信号的全频道自动监测，包括发射台站的播出信号和其他信号。在电视台的播出机房内，安装一台电视信号实时自动监测系统，将有可能出现的各类电视信号进行全程监测，包括发射机的播出信号、伴音、节目信号、图像信号以及各种其他信号，实现对所有电视频道的自动监测和全程监控。

3.1 播出信号

播出信号包括：主备切换台输出的节目播出信号、中央电视台各频道播出信号以及各广播电台、电视台发射台的播出信号。在主备切换台之间，通过双工链路连接，将播出信号一路送至主备切换台；一路送至中央电视台各频道播出；另一路送至各广播电台、电视台发射台。

在电视台播出机房内，通过双工链路将主备切换台输出的节目播出信号以及中央电视台各频道播出信号和广播电台、电视台发射台的播出信号，通过网络连接到电视信号实时自动监测系统主设备上，在电视画面上显示出来。同时在电视机的频道选择菜单中选择“信号源”或“主备切换台”，显示出对应的节目播出信号。

当发射机处于工作状态时，可观察到发射机的运行状态、发射机的工作指标等各种信息。

3.2 伴音信号

伴音信号包括：中央电视台各频道的伴音信号以及各广播电台、电视台的伴音信号。通过网络将主备切换台输出的节目播出信号、各广播电台、电视台发射台的伴音信号通过网络送至主备切换台，再由主备切换台输出到各广播电台、电视台发射台。在电视画面上显示出伴音信号的名称、类别和质量等信息。在电视画面上显示出图像信号名称和类别，同时在电视机的频道选择菜单中选择相应的频道，并显示出该频道对应的图像。在电视画面上显示出图像信号的大小、信号质量等信息。

3.3 节目信号

节目信号包括：中央电视台各频道的节目信号以及各广播电台、电视台发射台的节目信号。通过双工链路连接，将主备切换台输出的节目播出信号和各广播电台、电视台发射台输出的节目信号，一路送至主备切换台，另一路送至各广播电台、电视台发射台，并在电视画面上显示出各广播电台节目信号。同时在电视机的频道选择菜单中选择相应的频道，并显示出该频道对应的图像信号名称、类别和质量等信息。

3.4 其他信号

其他信号包括：卫星电视信号、有线电视信号、其他数据流以及其他相关设备。在电视画面上显示出卫星电视信号的频道名称、节目类型和信号质量等信息。在电视台播出机房内，通过双工链路连接，将主备切换台输出的节目播出信号、伴音信号以及卫星电视信号通过网络送至主备切换台，再由主备切换台输出到各广播电台、电视台发射台，并在电视画面上显示出卫星电视信号的频道名称、类别和信号质量等信息。

4. 电视信号实时自动监测系统在电视播出的应用分析

4.1 对频道切换台进行实时监测，避免切换台出现故障时，导致信号中断

当切换台出现故障时，会造成播出中断，甚至可能会造成重大的安全事故。电视信号实时自动监测系统，可以对切换台的输入输出信号进行实时监测，并对切换台的输入输出信号进行分析处理，对当前的频道状态、节目内容等进行分析处理，如果有异常情况发生时，系统将会通过声音、文字、图形等方式提示值班人员，及时排除故障。此外，系统还可以通过查询历史数据、曲线图等方式对数据进行统计分析，并自动生成各种报表；监测数据还可以和其他系统进行联动，如播出信息管理系统（OMS）、播出设备管理系统（OMS+）等。

4.2 对频道播出过程进行监测，发现信号不正常时，及时预警并处理

系统采用先进的硬件技术，对每一个频道播出过程中的关键指标进行自动实时监测，及时发现并记录出现的不正常现象，对故障进行预警，为工作人员提供有价值的参考数据。对监测数据进行分析，建立各类指标曲线和统计报表，为领导决策提供依据。对不同频道不同时段进行实时监测，当出现故障时，系统能够及时报警；同时支持多台计算机同时监控，方便工作人员对数据进行统计分析；系统支持将监测到的数据及分析结果导出为EXCEL文件；系统具有网络远程监控功能，可通过远程终端访问和控制系统，实现无人值守操作。

4.3 对节目质量进行监测

为了有效保证电视节目播出质量并降低人工监听工作量，本系统提供了节目质量监测功能。节目质量监测包括图像、声音和传输信号质量监测，为频道播出管理提供科学的依据；信号电平监测、图像质量检测和音频质量检测，可实时监控图像清晰度、亮度和颜色。节目质量监测可对频道中所有电视节目进行实时监听，包括单频道监听和多频道同时监听，实现对节目源的全覆盖，为频道播出管理提供科学的依据。该系统具有强大的数据管理功能，可以对音频文件、图像文件等进行浏览、查询、修改、删除等操作，还可通过数据查询模块对数据进行统计分析。

4.4 对重要信号和设备的监测

通过对重要信号和设备的监测，可实现对重要信号和设备的自动告警以及对其参数进行实时监测。对视音频信号质量进行监测，当系统出现故障时，可自动告警；对机房环境、设备运行状态进行监测；对图像的亮度、色度及饱和度等进行自动分析，并可自动生成报表；可实现对网络故障的监测，如网络协议错误等；可实现对载噪比（S/N）、信噪比（S/N）的自动测量；可实现对音频通道参数的自动测量；可实现对多画面或图像进行监测；可以记录每个画面的测试时间和测试结果，并可打印报表；可实时显示各信号源的实时状态。

4.5 为播出调度提供依据

在电视播出过程中，要根据实际情况制定播出计划，然后再按照计划实施播出工作，这样就能够保证电视节目的正常播出。但是，在实际的播出过程中，往往会因为各种原因而出现节目内容、信号质量等方面的问题，这就需要对节目内容进行调整，从而保证节目的正常播出。在调整过程中，可以通过电视信号实时自动监测系统来对节目内容进行监测和分析，然后再根据监测结果来制定出合适的调整方案，这样就可以保证电视节目的正常播出。另外，还可以对电视节目的信号质量进行监测和分析，从而保证电视节目的正常播出，并避免各种问题的出现。

5. 电视信号实时自动监测系统的应用优势

本系统在设备上采用了最新的ASI总线技术，这种技术是国际上最先进的总线技术之一，它能够实现对电视节目信号源和播出信号的实时采集、存储和传输，同时还具备对播出信号进行分析和判断的功能。而且ASI总线技术具有高速、可靠、安全等优点，尤其是在解决了系统扩展性方面表现突出，因为它具有高度的灵活性，可以将一个小的设备扩展成大的系统，也可以将多个小的设备组合成一个大的系统。

本系统具有良好的可维护性，当出现故障时可以进行系统升级、维护和管理。同时该系统还采用了模块化设计，便于用户对整个系统进行升级；本系统还具备良好的稳定性和可靠性，即使出现故障也能够在最短的时间内恢复系统，保证了系统的正常运行。由于采用ASI总线技术，使得该系统具备了极大的灵活性，因此不仅可以将一个小的系统扩展成大的系统，而且还能够将多个小的设备组合成一个大的系统；另外，本系统还具备了高度的安全性，即使出现故障也不会影响整个系统的正常运行；本系统在软件上采用了模块化设计，使得整个软件具有良好的可扩展性和灵活性；采用实时操作系统和虚拟机技术，这样可以保证整个系统在运行过程中具有很高的效率和准确性。

6. 结束语

电视信号实时自动监测系统是一种先进的、高效的电视节目监测和播出系统，它能够实现对电视节目信号源和播出信号的实时采集、存储和传输，并能够实现对电视节目的自动监测、报警和统计，同时还具有对播出信号进行分析和判断的功能。本系统不仅可以提高电视节目的安全播出率，提高电视节目质量，还可以提高广播电视行业的管理水平。随着新技术的不断涌现，未来电视节目监测技术将会发生很大的变化。因此，本系统具有很好的发展前景，相信随着技术的不断发展和完善，未来电视节目监测技术一定会有很大的进步。