【摘要】 自臺監控系統廣泛應用在廣播電視播出、發射、IPTV、網絡傳輸、監管等各個技術環節，是安全播出的重要保障手段，是未來智慧運維的重要組成部分，有著廣泛的應用前景。自臺監控系統技術復雜，是通信技術和計算機技術的完美結合。本文詳細描述了自臺監控系統的工作原理，并結合實踐提出了自臺監控系統的創新應用思路，對廣播電視系統技術人員了解自臺監控系統原理并拓展自臺監控系統的用途有著很好的指導作用。
【關鍵詞】 監控系統 多畫面轉碼 監測報警系統 運維管理平臺 創新應用
引言
按照2021年3月新修訂的《廣播電視安全播出管理規定》的要求，各大播出機構都要配置自臺監控系統。自臺監控系統除了能承擔日常安全播出的信號和設備監測、報警、記錄功能外，在播前審、系統驗收、故障排查、遠程監控、無人值守等方面都有廣泛的用途，是未來智慧運維的重要組成部分。下面我就自臺監控系統的原理和創新應用進行闡述。
一．自臺監控系統的功能和原理
目前各廣播電視臺使用的主流自臺監控系統主要是由監控系統、多畫面轉碼監測報警系統和運維管理平臺三部分組成（圖一就是自臺監控系統的方框圖）。
1．自臺監控系統主要能實現以下功能
1.1支持多種格式IP碼流監測。支持UDP/RTSP/HLS/HTTP/RTMP等多格式IP碼流接收，并可以對實時碼流進行監測及故障報警，碼流監測系統支持各種流的流媒體傳輸協議和封裝格式，提供對IP碼流傳輸的深入分析和流媒體質量監測，用于完成信源和末端節目的IP碼流監測。
1.2支持多種格式信號監測。能實現DVB-C、DVB-S/S2、ABS-S、DTMB、SDI、ASI、AVS+/AVS2、FM/AM、AES/EBU和模擬視音頻信號等主流信號的解碼和顯示、支持視音頻轉碼和錄制功能；同時可對視音頻信號的多項異態指標進行監測，并將監測數據通過多種手段進行展現。
1.3能實現信號的異態報警和回看。能實現對所監測的信號進行多畫面顯示監測及故障報警，同時支持對所監測信號錄像存儲不少于一周，故障錄像存儲不少于一年；
1.4能實現動環和設備監測，是未來智慧運維的核心。通過安全運維管理平臺對機房環境、對設備和節目信號進行統一管理和配置；
1.5對畫面的顯示布局可以自由調配。在多畫面布局上，可根據需要對監控的畫面進行自由組合，還可以通過節目畫面輪巡系統實現重點節目實時固定窗口顯示、普通節目輪巡顯示；支持視頻畫面、標題欄、OSD、語音報警等多種實時報警展現方式。
2．自臺監控系統的原理
自臺監控系統的原理主要是將需要監控的信號IP化后，再通過交換機送到多畫面轉碼監測系統，多畫面轉碼監測系統對輸入的IP信號進行解碼，系統根據設定的報警參數對解碼出來音視頻信號進行分析，在視頻方面能支持黑場、靜幀、視頻丟失、視頻解碼異常、彩場、彩條、馬賽克等視頻故障監測，在音頻方面能支持音頻丟失、音量過高、音量過低等音頻故障監測。如果音視頻信號出現問題，超過報警門限，監控系統一方面會通過語音報警平臺播報故障信息，另一方面會通過報警彈窗在多畫面窗口彈出明顯的報警標志，在節目出現異常時，在多畫面上會直接彈出報警節目的視頻，在視頻中央用紅色字體顯示具體的報警信息。從而實現聲光同時報警，提醒值班人員注意節目出現了異常情況。如果沒有及時發現報警信息，隨后在監測日志上也能夠查看到報警信息，并能調看相應的視頻，便于后續的事故分析。
自臺監控系統主要是由監測板卡、多畫面轉碼監測報警等硬件系統和運維監控軟件系統組成（圖二為自臺監控系統的原理圖）。以下就這三部分的工作原理進行闡述：
2.1監測板卡部分
外部信號通過監測板卡接入自臺監測系統，監測板卡可以接入的信號源主要分為四類：第一類是非壓縮基帶信號，如SDI信號等；第二類是編碼后的信號，如ASI、AVS+等信號；第三類是射頻信號，如DTMB、DVB-C、DVB-S/S2、ABS-S等信號；第四類是基于UDP、RTP、HTTP、RTMP、RTSP、HLS等主流流媒體協議的IP信號。以下就四類信號的監測原理進行闡述：
2.1.1非壓縮基帶信號的監測原理。以SDI監測板卡為例，監測板卡對輸入的單節目或多節目高標清SDI信號進行H.264實時編碼，編碼后打包形成單節目TS流（SPTS）。編碼碼率可根據不同應用場合在1Mb/s~20Mb/s（高清）、500Kb/s~8Mb/s（標清）范圍內設置。SPTS信號通過UDP打包輸出IP信號，IP信號通過板卡上的千兆網口接入交換機，最后通過交換機將信號傳入多畫面監測報警系統（圖三為多通道高標清SDI視音頻編碼卡的功能框圖）。
圖三
2.1.2編碼壓縮后的信號監測原理。以ASI監測板卡為例，ASI監測板卡對輸入的多路信號進行打包，打包完成后形成一個完整的TS流。TS流分兩路輸出：一路TS流通過TS over IP輸出IP信號，IP信號通過板卡上的千兆網口接入下游交換機，最后通過交換機將信號傳入多畫面監測報警系統，另一路對打包完成的信號進行TR101 290碼流監測和分析，將分析的結果通過板卡上的百兆口送到運維平臺實時呈現出來。（圖四為多通道ASI碼流監測卡的功能框圖）
圖四
2.1.3射頻信號的監測原理。以DTMB監測板卡為例，該板卡對接收來的DTMB信號進行解調，將解調出來的多路信號進行打包，打包完成后形成一個完整的TS流。TS流分兩路輸出：一路信號送出單播或組播信號。該系統將TS流通過TS over IP輸出IP信號，IP信號通過板卡上的千兆網口接入下游交換機；另一路信號打包完成的TS信號進行信道和TR101 290碼流監測和分析，將分析的數據通過板卡上的百兆口送到運維平臺，實時呈現出來。板卡可監測的信道指標有：信號鎖定狀態、信號功率、信號強度百分比、信噪比、誤碼率；為方便系統調試及故障定位，系統還可以指示當前信號的調制參數：載波模式(單載波、多載波)、幀頭模式(可變、固定)、PN序列模式、前向糾錯碼率、符號映射方式、時域交織類型。（圖五為DTMB地面數字電視監測卡框圖）
圖五
2.1.4IP碼流信號監測原理。支持基于UDP的MPEG-2、H.264、AVS等多種格式封裝的碼流監測，IP碼流監測有兩種方式：一種方式是硬件方式。加擾后的IP碼流直接接入IP碼流監測卡，監測卡對IP流先進行解擾，然后進行全面的碼流分析及監測報警。輸入輸出接口采用千兆以太網口，板卡不僅支持MDI（RFC4445）指標的實時測量，還支持TR101 290協議錯誤分析、支持碼流表格的深度解析、支持數據廣播和EPG信息的解析、支持總帶寬、空包率、有效帶寬、PID帶寬統計；另一種方式是軟件方式。IP碼流直接接入交換機，通過交換機送到運維管理平臺中的碼流分析系統，在軟件中完成碼流在線分析和信道、碼流故障的監測信息顯示。（圖六為IP碼流硬件監測卡框圖）
圖六
2.2多畫面轉碼監測報警系統
多畫面轉碼監測報警系統，基于全IP架構，能實現IP碼流的監測分析、視音頻異態監測、內容轉碼錄制、多畫面合成輸出和存儲錄像等功能。
2.2.1視音頻異態監測
多畫面報警系統支持視音頻異態監測報警。視頻方面支持黑場、靜幀、視頻丟失、視頻解碼異常、彩場、彩條等視頻故障監測，音頻方面支持音頻丟失、音量過高、音量過低等音頻故障監測。
視音頻異態監測的原理是對監測板卡送來的IP信號進行解碼，系統根據運維管理平臺配置的報警任務、報警閾值、報警持續時間對解碼后的信號進行分析。如果信號達到報警條件，運維管理平臺一方面會觸發異態存儲功能，將異態信息記錄下來，便于后續的回看和事故分析；另一方面會觸發語音報警功能和多畫面的報警彈窗，通過聲光報警方式，提醒值班人員注意。
2.2.2多畫面顯示系統
在多畫面顯示方面，多畫面顯示系統的工作原理對多路解碼后的信號進行圖像拼接顯示，可根據用戶需求對監測信號的多畫面顯示任意組合，多畫面組合信號可通過HDMI接口輸出直接送到大屏顯示。也可通過IP輸出接口，配合畫面云分布式顯示控制系統，實現通過少量界面即可完成傳統多畫面監看。
2.2.3存儲錄像功能
監控系統支持兩種節目錄制方式：一種是所有節目全程錄制，這主要是對轉碼后的IP碼流進行全程錄制，轉碼采用H.264格式，大大縮小了存儲所需的空間。系統可對所有錄制下來的節目信息的保存時間進行設定，按照新修訂的《廣播電視安全播出管理規定》：安全播出責任單位的技術配置，應當聲音、圖像、碼流錄制或者保存技術監測信息等方式對本單位播出、傳輸、發射的節目信號質量和效果，以及相關設備運行狀況進行記錄，記錄信息應當保存一周以上，因此設定時長不得少于一周；另一種是觸發錄制方式。當監測系統監測到信號出現異態后，會觸發錄制系統將異態信號開始前的5秒到異態信號結束后的5秒信號這個區間的信號錄制下來。系統可對異態節目記錄信息的保存時間進行設定，按照新版《廣播電視安全播出管理規定》，設定時長不得不少于一年。
2.3運維管理平臺
運維管理平臺是自臺監控的核心，能夠對信道指標、碼流狀況及解碼后的音視頻狀況進行分析，對不同節目可以設置不同的報警內容、不同的報警門限和不同的報警時段，根據各個頻道節目的特點實現最優化的報警效果。運維管理平臺除了能實現信號監測存儲功能外，還能對機房的設備、動力環境進行統一監測，并通過運行分析系統對信號、設備、環境的狀況進行分析，做出智能化判斷，準確定位故障點，通過配置合適的告警策略，對設備、環境、信號的原始告警信息進行過濾和存儲，最后將分析結果通過統計報表、屏幕顯示、語音播報、微信、APP推送等方式，實現報警信息的實時推送和事后回看。
二.自臺監控的創新應用
1.在播前審核中的應用
將需要進行一比一提前播檢測的信號接入自臺監控系統，如果自臺監控出現報警信息，值班人員可根據自臺監控的報警內容，對送播信號進行逐級檢查，可以準確定位報警信息出現的環節，然后針對不同的情況進行相應的處理。
2.在上下游責任界定中的應用
在日常播出和直轉播過程中，經常會出現下游單位發現信號出現異常，而上游單位卻堅稱自己提供的信號是正常的情況。雙方各執一詞這種情況是很正常的，這種情況下，只要有下游一方能夠調出故障信號的錄制視頻，而上游提供不了同時段的正常信號視頻，就可判定責任在上游；如果上游能夠提供同時段的正常信號視頻，就可判定責任在中間環節，這時就可通過上下游事故界定協議來確定事故責任單位。
3.在系統驗收和故障排查中的應用
一個系統或一項技改工作完成后，在試運行階段，有些設備工作不穩定，有時會出現偶發的事故，在試運行階段，人員比較緊張，值班人員很難發現瞬時偶發的事故。如果將該系統輸出的信號接入自臺監控系統，就能夠及時準確的發現故障苗頭，避免在正式播出中出現播出事故。我臺在一個頻道投入使用前，將該頻道播出的信號接入自臺監控系統監測，發現每隔3天左右主通道都會出現一次2-4秒且無臺標的黑場事故，這種情況平時值班員是發現不了的，即使偶然看到了，也會認為是顯示器問題。針對這種情況，我們將可能出現問題的幾個節點都接入自臺監控系統監測，后來發現是一塊三選一的輸出信號有問題，升級該設備后，故障消失。如果沒有自臺監測系統，這個問題要用很長時間。要付出很大代價才能解決。
4.在碼流監測中的應用
日常我們一臺碼流分析儀只能接入一路碼流進行分析，我們臺輸入輸出有10多路ASI流，一臺碼流分析儀根本無法滿足日常監測的需求。在自臺監控系統中，可以同時對接入系統的多路碼流進行同步實時監測分析，一塊板卡最高可以接入16路碼流，便于我們全面準確了解碼流及設備的運行情況。有次中央一套衛星信號出現了2秒的閃斷，我們在自臺監控系統報警日志中查找，發現日志中同時段碼流監測系統報同步丟失，因此準確定位信號閃斷的原因是前端信號出現問題。在自臺監控系統投入前，對于偶發的瞬時故障，由于涉及上下游眾多環節，且故障時間很短，很難準確定位故障點，自臺監控系統投入使用后，大大縮短了我們排查故障的時間，對確保安全播出起到了很大的作用。
5.在遠程監控中的應用
自臺監控系統除了能幫助值班員在機房內做好信號監測工作外，通過增加一些模塊，還能將報警信息通過短信或APP的方式實時推送到管理者的移動客戶端。A.短信報警功能。通過配備1塊短信貓和1套短信報警軟件，用于完成短信報警。當監測的節目及信號發生故障時，報警信息可以通過手機短信的形式推送給管理層。在報警軟件中，可以根據不同的職責，設置不同等級的報警門限，系統根據報警信息觸發的不同門限短信通知不同層級的管理者。B.微信報警功能。配置1套微信報警模塊，配合監控平臺微信公眾號報警推送。便于管理者通過微信公眾號在異地實時了解播出情況，出現故障時，即使在身在異地，也可以便捷的查看報警信息和故障視頻錄像。
6.在發射機房智慧運維中的應用
自臺監控系統配合完備的設備信息采集、控制系統，就能夠實現播出系統的智慧運維。智慧運維的原理主要是監控系統通過設備的SNMP、RS232、RS485或RJ45接口對設備信息進行采集，運維平臺對采集來的信號進行分析，一旦采集到的故障信息達到觸發相關設備倒換的門限后，平臺就對倒換設備發出指令，對出故障的設備進行主備路的倒換。以電視發射機房智慧運維為例，信號采集主要采集鏈路系統、發射系統和輔助系統的主要運行信息。鏈路系統方面主要采集主備路接收機、編碼復用器、切換器的工作狀態；發射系統方面主要采集主備發射機、同軸倒換控制器的工作狀態；輔助系統方面主要是采集電力、溫濕度、攝像頭、門禁、水浸、煙霧感應器的工作狀態。當發現采樣的信息達到報警門限時，就觸發報警系統彈出報警信息并記錄下來。對于無人值守機房，報警信息可以通過短信、APP、網絡傳輸的方式傳送到遠端管理者的終端上去。便于管理者及時了解機房運行狀況，及時做好相應的對策；如果達到倒換門限，除了執行報警功能外還會控制相應的倒換設備，完成主備通道、設備的切換，從而保證信號的完整傳輸。無人值守的運維模式，特別適合偏遠地區的發射機房。
結束語
廣電總局《關于促進智慧廣電發展指導意見的通知》中指出力爭用3-5年時間，廣播電視在內容制作、分發傳播、用戶服務、技術支撐、生態建設以及運行管理等方面的智慧化發展協同推進。廣電總局“十四五”發展規劃中也指出要建立廣播電視智慧運維體系，提升廣播電視各技術系統故障判斷、故障分析、應急處置、技術巡檢、遠程調控等自動化水平和工作效能。 上述文件對廣播電視智慧運維的發展指明了方向，自臺監控系統作為智慧運維體系的核心組成部分在未來廣播電視技術運維中必將發揮重大作用。