一致性比对系统在广播电视行业中的应用探讨

郑 辉

（陕西广电融媒体集团播出部，陕西 西安 710061）

0 引言

随着技术的迭代和广播电视系统的不断复杂化，安全播出面临前所未有的挑战。传统监测手段存在报警准确性不高、监测需求多、难以监测异态信号等问题，已无法满足实际需求[1]。

在此背景下，一致性比对系统应运而生，成为广播电视行业应对安全播出挑战的关键工具。该系统以先进的设计理念和技术手段为基础，提供了一套更为准确、高效的智能监控应急方法。通过对播出链路和传输链路的关键节点进行音视频质量监测和内容一致性比对，系统能够检测各种常规和非常规异态信号，同时能够对比不同节点的同一信源或主备信源的内容一致性问题。这使得系统能够全面、快速、准确地发出警报，确保在安全播出过程中不发生漏报、虚报、误报的情况[2]。

1 广播电视安全播出现状

随着广播电视系统的复杂度不断增加，安全播出面临日益严峻的考验。目前，播出系统普遍存在以下问题。

第一，报警准确性不高。根据经验设定的报警门限会使监测系统产生大量虚警，降低了值班人员对报警的敏感性，同时也增加了值班人员的工作负担。为了减少虚警，大多数播出系统采取报警延时策略，延长了报警检测周期。但是，这一做法带来了新问题，即报警无法被及时发现。值班人员在延迟的时间内可能错过一些重要的报警信息，无法快速响应异常情况[3]。

第二，监看任务繁多。值班人员需要监看大量节目，对异常情况的辨别分析步骤繁多。在这种情况下，值班人员容易疲劳，可能出现错误判断。

第三，信号异态难以监测。传统内容层监测方法很难准确辨别音视频异态，如马赛克、环播、拉条等。这种情况下监测系统难以做出反应和判断。

第四，流程复杂。应急响应流程复杂，使得故障应急的时效性受到显著影响。每一步应急操作都需要人为确认，导致应急时间延长。

2 一致性比对系统设计

2.1 系统总体架构设计

整个系统的架构设计以功能实现为基础，划分为4 个关键层次，自底向上分别是采集接入层、数据分析层、业务汇聚层及应用展示层，系统总体架构如图1 所示。

图1 系统总体架构

2.1.1 采集接入层

系统采用全面的网际互连协议（Internet Protocol，IP）化设计，其中位于信号接入层的监测设备负责对音视频信号数据进行IP 化处理。这一层的设备通过统一的协议将信号分析数据传输至系统的监测分析层。

2.1.2 数据分析层

数据分析层包含信号智能分析系统和转码收录系统，负责处理从采集接入层传来的音视频信号数据。智能分析系统负责分析信号质量，能够准确判断各节点的信号质量。此层还负责将节目异常数据上传至应急监管终端，可多画面监看。

2.1.3 业务汇聚层

业务汇聚层是系统的核心，用于集中处理来自数据分析层的信息。在这一层，各种监测数据和分析结果会被综合，形成全面的信号质量监测报告。这一层同时负责协调系统的各个子系统，确保它们能够协同工作，为后续的应用展示提供支持。

2.1.4 应用展示层

应用展示层通过Web 呈现、大屏展示、应急切换处理等形式，将系统的分析结果呈现给用户，使得用户能够直观地了解系统的运行状态和信号质量。这一层的设计注重用户友好性，提供直观且易于理解的界面，以方便用户对系统进行监控和管理。

2.2 系统功能实现

2.2.1 信号采集与监测

信号采集功能模块的设计充分考虑了系统链路特点和不同信号类型的需求，以确保在满足内容一致性比对和自动倒换的要求下，能够覆盖系统的关键节点。该功能模块的实现涵盖了信号采集、帧级音视频特征值提取、异态监测以及信号的编转码输出等关键步骤，为后续的监测、对比、收录存储提供了有力支持。

第一，全面适应性。该模块能够根据系统的需求，灵活处理不同的信号格式，包括但不限于串行数字接口（Serial Digital Interface，SDI）、异步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）、TS over IP、ST2110 及DVB-C 等，确保系统在整个播控和传输系统中的广泛应用。

第二，关键节点覆盖。系统的信号采集设备经过精心设计，覆盖了系统中的关键节点。这使得在同一链路的不同节点或相同内容的不同链路之间进行比对成为可能。

第三，内容一致性比对支持。信号采集模块不仅负责采集信号，还能提取帧级音视频特征值，为后续的内容一致性比对提供了关键数据支持。这使得系统能够准确地检测出各种常规和非常规的异态信号。

第四，编转码输出。采集的信号经过编转码处理后输出，用于监测、对比及存储。这一步确保了采集的信号能够被系统的其他模块充分利用，实现全面的信号分析和处理。

2.2.2 特征值提取

特征值作为一组能够完整表征视频图像内容或音频内容的数据，通过算法从音视频中提取，为信号间的一致性比对提供了基础数据[4]。

2.2.3 一致性比对

一致性比对作为系统的核心功能，涉及信号间的比对过程。在进行比对前，系统首先设计比对关系，将需要比对的信号进行两两分组。通过比对服务器对两个信号进行同步后，实现逐帧比对。

第一，常规异态检测。通过一致性比对，系统能够快速判断音视频异态并发出报警。相较于单路判断，采用实时音视频比对可在1 s内实现异态定位。这种方法的准确率远大于单路监测，有效提高了对异态的敏感性[5]。

第二，音视频深层异态检测。系统通过比对信号音视频差异进行精确量化评估，能够准确捕捉比对信号之间的微小差异。这使得系统能够快速判断信号播错、非法插播等情况，从而提高了对于异常情况的检测精度。

第三，虚警误报过滤。在一些特殊节目播出过程中，系统通过全链路相关性分析，结合可靠的参考源，能够判断节目的一致性。特别是在一致性的基础上，系统通过虚警误报过滤机制，能够识别并过滤由特殊情况引起的误报，确保不会漏报异常情况。

2.2.4 智能应急切换

智能应急切换作为一致性比对系统的重要组成部分，通过协议和切换设备的紧密对接，实现了远程管控功能。系统通过控制多选一切换设备，能够在出现异常情况时迅速实施应急切换，而切换策略可以通过管理平台进行灵活设置。

第一，无缝对接。智能应急切换通过与切换设备无缝对接，实现了高效的远程管控。这使得系统能够在发生异常时快速做出响应，提高了应急切换的效率。

第二，切换设备控制。通过控制多选一切换设备，系统能够灵活切换不同的信号源，为在异常情况下从多个备选信号中选择最优信号提供了可靠手段。

第三，自定义切换策略。切换策略可以通过管理平台进行自定义。用户可以根据实际需求灵活配置切换条件和切换行为，使系统更符合特定场景下的应急需求。

第四，一致性比对结合信号质量检测。智能应急切换结合了一致性比对和信号质量检测，能够提供更准确的判断结论。系统不仅能够迅速检测到信号异常，还可以即时上报异常情况并执行事先设定的应急切换策略。

2.2.5 收录存储

收录子系统在一致性比对系统中承担着对被监测信号的多节点集中、统一收录和存储的关键任务。通过管理平台，用户可以方便地进行收录任务管理、录像查看和下载等操作。

3 一致性比对系统的应用

3.1 在播出系统中的应用

在对单链路信号进行实时异态检测的同时，对主、备播出信号进行一致性对比，以确保信号的一致性。其中，播出系统一致性比对示意图如图2所示。在这个过程中，系统与应急切换开关进行无缝对接，以实现对异常情况的及时响应与处理。

图2 播出系统一致性比对

3.1.1 信号采集与实时异态检测

在播出系统的最后一级应急切换之前，系统通过精准采集主、备播出信号，保证了对所有信号的全面监测。同时，对单链路信号进行实时异态检测，确保及时捕获异常情况。

3.1.2 主、备播出信号一致性对比

一致性比对系统在实时异态检测的基础上，对主、备播出信号进行一致性比对。这个步骤确保了在应急切换前，主、备信号之间的内容完全一致，为平滑切换奠定了坚实基础。

3.1.3 无缝对接应急切换开关

一致性比对系统与应急切换开关紧密对接，以确保在出现异常情况时能够迅速触发应急切换操作。这样的设计使系统更智能、响应更迅速。

3.1.4 及时进行应急处理操作

当一致性比对系统上报告警时，系统能够及时进行相应的应急处理操作，包括但不限于切换到备用信号源，以保障广播电视的连续性和稳定性。

3.2 在传输系统中的应用

在传输系统中，一致性比对系统的应用涵盖了信源端和编码复用末级两个关键环节。通过采集主、备信号，系统实现了对多个采集点信号的两两比对。传输系统一致性比对如图3 所示。

图3 传输系统一致性比对

3.2.1 信号采集比对的必要性

在信源端和编码复用末级进行信号采集比对至关重要。由于编码输出信号存在延时，通过提前检测信源出现的问题，可以及时处理，从而有效缩短事故时间，甚至避免发生播出事故。

3.2.2 多环节信号两两比对

一致性比对系统通过对多个采集点信号进行两两比对，能够全面监测主、备信号之间的一致性。

3.2.3 故障预判与及时处理

由于编码的延时特性，一致性比对系统在信源出现问题时能够提前发现故障，为及时处理提供了有力支持，有助于减少故障对整个传输系统的影响。

3.2.4 检测编码环节故障

一致性比对系统通过比对编码后的信号，能够检测编码环节存在的故障，包括编码后音画不同步、编码后图像质量差、局部马赛克及卡顿等问题。

3.2.5 减少误报与虚报

一致性比对系统不仅能够检测传统监测手段容易误报或虚报的问题，如静帧、静音、黑场、彩条等，还能减少特定情形下的误报与虚报，提高了报警的准确性。

4 结语

随着广播电视行业的不断发展，广播电视安全播出环境面临的潜在风险越来越多，给广电行业播出机构带来更严峻的挑战。在此背景下，一致性比对系统以其独特的设计理念，为广播电视安全播出提供了全方位的解决方案。该系统通过深层次的信号异态检测、特征值比对、内容关联性分析、故障逻辑判断及智能应急切换等技术手段，完全契合广播电视安全播出的需求。其先进的功能包括但不限于智能化的监控应急方法，通过人性化的交互界面，实现了广播电视播出的智能化、自动化应急管理。