基于网络数字广播电视质量实时监测系统

1.概述

广电总局《2010年广播影视事业发展计划纲要》中提出：建立以中央监测台为主体， 地方监测台为补充，本地和远程遥控相结合的反应快捷、准确的国内外广播电视监测系统，实现对无线、有线、卫星等多种传输手段的广播电视的播出技术质量，传输技术质量，传输安全，无线电波秩序和播出节目等全方位地监测。

随着科学技术的进步，数字化时代的到来，广电领域全数字化工作已全面展开。监测技术也必定跟随这个步伐，向数字化、网络化、自动化或半自动化方向发展，使广播电视的正常播出得到保证。

我们根据“反应快捷、准确”的原则，研制了一套基于网络的全数字化自动化的技术解决方案：可对广播数字电视节目编辑、播出和传输等各环节实现全程技术质量监测、报警和可量化的管理。本系统可将技术质量问题自动监测、自动统计分析、自动记录、通过网络自动传输到监控中心视频服务器上，可供授权管理者调阅和打印。其数据准确，及时，客观公正，不受关联人员干涉。

本自动监测系统是针对困扰多年来广播电视播出技术质量、播出安全，靠人工监测的准确率低，费人费事，受主观因素影响等诸多问题，而研制成功的。本系统均可在服务状态下，在线连续实时监测。

2.基于数字电视网络的监测功能

本系统按功能定位分成若干单元，每个单元可独立工作也可集成组合工作，来完成所需的监测功能。

2.1播出质量监测单元：FJ-100单元播出质量监测单元是根据广电总局科技委要求，设计监测下列劣播和停播事件参数。

(1)彩条信号的检测：检测到正常播出中节目信号出现彩条信号持续≥1帧，判为停播。

(2)彩场（平场）信号的检测：检测到在正常播出节目信号中出现彩场（平场）≥1帧，判为停播。

(3)黑场信号的检测：检测到在正常播出中节目信号中出现黑场持续时间≥125帧，判为停播。

注：彩条，彩场（包括黑场和蓝场）信号上叠加字幕后不再是彩条或彩场，即不认为是“停播”；屏幕左上角（0~150pix）×（0~64h）区域内叠加有台标仍为彩条或彩场。

(4)静止图像的检测：检测到在正常播出活动图像节目中出现静止画面停留≥6秒，判为停播。

(5)伴音中断的检测：检测到在正常播出节目信号中出现伴音电平≤－60dBfs持续60秒，判为停播。

(6)无电视信号：在正常播出时间段内检测到无电视节目信号持续时间＞40ms时，判为停播。

（7）音频劣播的检测：检测到在正常播出节目信号中声音电平在-38～-60dBfs之间，判为劣播。伴音噪波的监测将放在升级产品中考虑。

（8）视频劣播的检测：图像质量差现象应视为劣播。但因与节目制作难以区分，故暂不列入，将放在升级产品中考虑。

(9)音量过大的检测：检测到在正常播出中声音电平＞-9dBfs且持续时间＞1秒，判为劣播。

另外，关于对特定节目的监测的问题，即按照该频道电视节目表，自动检测各节目板块（比如新闻联播）是否准时播放的质量事件。有待“特定节目”明确定义后，可由本系统完成，或在系统升级中考虑。

FJ-100对所有检测参数的定义，均可根据要求在线修改，重新调整设定。

2.1TS流“健康检测”单元JFE-100单元传输质量的监测主要是对数字视频广播DVB信号在传输环节中，在服务状态下连续或定期检测其传输的MPEG-2TS码流，对TS传输流中的重要参数进行快速实时“健康”（Healthiness）检查。这些参数主要由MPEG-2TS（ISO/IEC13818-4），DVB和ETSTR101290标准规定。结合我国实际情况，增加对非法干扰和非法播出的监测和报警。

（1）.第一优先级的检测这一级错误通常会引起无法解码和还原图像和伴音。相当于是信号中断，是致命的错误特性。

（2）第二优先级的检测这一级错误会损伤解码器输出的图像质量，出现马赛克或同步不稳现象，或者引起图像断续，引起伴音出现咔啦声等。是严重的错误特性。

（3）第三优先级监测这一级主要针对与应用有关的监测，属于告警性质的监测。

（4）非法干扰和非法插播的监测当有人用大功率（微波）的非法节目TS流压制或切换合法节目TS流时，能快速准确地监测并报警。

2.3“玛塞克”监测单元居于DCT算法的块压缩的TS流信号，具[FS:Page]有“断崖效应”（Breakcliffeffect）的特点，接收到的信号要么是稳定清晰的图像，要么表现为“玛塞克”或静止在I帧或图像中断，它没有像模拟图像那么的渐变劣化过程。因编码、存储和传输过程中，由于各种原因（包括压缩比、S/N、MER、干扰、衰减、存储媒介损伤等）引起的在MPEG-2解码时不可纠正和掩蔽的错误，图像不能完全复原，而产生的块效应。块效应的 图案很像方形玛塞克瓷砖，所以又俗称“玛塞克”现象。“玛塞克”现象是MPEG压缩视 频流信号的综合技术质量参数的映射。本单元把“玛塞克”分“严重”、“重”、“轻”、“微” 四挡，它反应“玛塞克”的严重程度或者说对图像质量的影响程度，分级进行报警和记录。

（a）“微”档，有个别“玛塞克”一闪而过，人眼主观很难发觉；

（b）“轻”档，有“玛塞克”，能看懂图像，但另人讨厌；（c）“重”档，有较多“玛塞克”使图像大部分看不懂，另人十分讨厌；

（d）“严重”档，很多“玛塞克”，图像已无法看懂，另人不能接受；

（e）TS信号中断或静止图像。

2.4基于内容的电视节目图像识别单元JFID-100单元是基于内容的电视节目图像远程识别系统，用来监测电视节目经网络传输到远端异地是否被非法置换或插播广告。本系统是将异地节目图像的特征参数通过INTERNET网络传给播出中心，与中心的源节目图像的特征参数比对完成报警功能：

（A）“节目内容被替换”记录和报警；

（B）“原节目内容上新添加广告字幕”记录和报警；

（C）“信号中断”记录和报警；

（D）“一切正常”提示。

3.数字化、网络化、自动化广播电视监测系统

3.1.系统组成

本系统是构建在广电网和电信网络的基础上，贯通全部被监测网络。各电视台在每个频道的输出端口均可安装全数字化自动检测“播出质量黑匣子”（播出质量监测单元）。在传输链路中的相关接点安装全数字化自动监测“传输质量黑匣子”（传输质量监测单元、玛塞克监测单元和基于内容的电视节目图像识别单元）。各播出口的监测单元通过局域网与播出部门或技术管理部门连通。各传输节点的监测单元通过Internet网与播出单位和网络运营单位连通。同时所有的监测信息自动与本地监测中心连通。监测中心设立数据服务器和WEB服务器，本地监测中心还可与上一级监测中心连网。

各监测单元也可单独作为检测使用，来检测数字电视节目信号。

3.2基于网络的系统设计

本系统是从DVB网络中采集信息，用Internet网络传递信息，用终端（监控中心或授权终端）存储和受理信息。系统是建立在两个网络平台上。两个网络之间的“桥”就是各监测单元，它们既是Internet网络的终端也是DVB链路终端。从网络角度看，在某种意义上讲它们相当于信号采集和发送“gather+modem”。

所以，只要两个关键设备：各监测单元是按网络模块化设计，有独立的功能，有标准化的网络接口，符合网络协议要求的数据格式，组网将非常简单，十分灵活。监测点（监测频道）的增加或减少就象Internet公共网个人用户终端的PC机入网一样方便。

3.3.基于自动化的各监测单元设计

作为监测单元，它们实际上是一种在线测量仪，一是要求测量准确，二是要可靠，三要实时，三者缺一不可。如果只有准确性而设备不可靠就不能正确反映故障事件。为此，我们采用基于硬件的全数字化设计。选用高可靠高集成度的FPGA、DSP、MPEG-4等芯片，无磨损的Flash固态盘，配以先进的EDA工具完成SOC（SystemOnａChip）片上系统设计。各监测单元的准确性、可靠性和实时性，完全可由设计保证。

各监测单元中均配有嵌入式平台，无人执守地自动完成监测、报警和记录。其中的FLASH记录故障事件现场（按飞机黑匣子原理，把故障事件发生前后30秒的AV压缩音视数据流一起记录，压缩的目的是减少存储量）组成流媒体播放文件。如果同一故障事件超过60秒则不再录像，但计时仍在进行直到事件结束。FLASH中记录的检测录像和数据,形成文件按程序自动向监测中心服务器报送。有日志、周志和月报等记录，授权的监控终端可通网络（特定IP地址）随时查看，重现“事件”过程。当本系统检测到故障事件信息并确认后立即有声光电信号报警（ALARM），通知技术主管部门和质量管理部门采用应急措施。为了分析事故原因，容许本地（被监测者）也可在显示屏上回放事故现场记录，但不能[FS:Page]删除和更改。

4．结束语

本广播电视技术质量自动检测系统，把主管部门规定的技术质量参数毫无疏漏地检测出来。但检测出来的这些质量问题，通过一年多的实践，对被测事故参数的分析，有很大部分是节目源本身带来的先天质量问题。所以，控制源头事在必行。类似于本系统，由本系统设备派生的“JFR-100数字节目带自动检测系统”能对GY/T223-2007标准规定的节目源的技术质量自动检测控制。这样来形成全过程的监控，全方位地确保广播电视的优质服务。