【摘要】 以系統運維人員視角，從系統總體設計要求、信號異態檢測和比對功能設置、一致性比對檢測服務器配置、4×1切換器遙控面板配置、自動應急切換功能實現、智能應急系統軟件功能模塊配置等方面，介紹揚州廣電總臺在線播出智能應急系統設計和建設體會。
【關鍵詞】在線播出 智能應急系統 信號異態檢測和比對 一致性比對檢測服務器 4×1切換器遙控面板 自動應急切換
如何有效解決電視播出一線值機工作的痛點和難點問題，改變安全播出和應急處置過多依靠人工操作的模式，開啟在線播出智能應急和無人值守播出模式，降低播出差錯或事故發生的概率，提高安全播出技術保障水平，一直是電視播出系統運維人員孜孜以求的研究課題和實現目標，揚州廣播電視總臺啟動設計并建設在線播出智能應急系統，就是一項具體的實踐和有益的嘗試。
一．系統總體設計要求
1．應急處置智能化要求
智能應急系統需具備四個頻道在播高清/標清SDI信號實時采集、分析、判斷處理和應急切換能力，通過采集比對主路/備路、高清/標清播出通道末級4×1切換器輸入端的SDI信號，通過智能分析手段，實現播出信號應急選擇和處置的自動化和智能化。通過邏輯算法由計算機自動實現邏輯判斷，根據判斷結果給出預警提示，提醒值班人員進行應急操作，實現對4×1切換器的智能應急控制以及主路 /備路播出信號的智能應急處置，簡化應急操作內容，提高應急操作效率和工作質量，將值機人員的應急操作模式轉變為故障恢復模式，減輕播出一線值機人員的工作量和精神壓力，以便于增加值機人員所負責的頻道數量。
2．在播信號異態自動發現與精準報警要求
智能應急系統應通過全面的信號分析和智能算法以便使異態報警精準有效，應能過濾掉絕大多數虛警。通過改進播出信號傳統監視和檢測方法，突破人工主觀判斷能力的限制，改變電視播出值機應急處理的傳統操作模式，實現對播出信號異態的自動和智能發現、快速和精準報警，及時和有效處理，極大地提高播出過程的安全性。
3．自動切換與手動控制要求
智能應急系統需通過對主路/備路高清/標清播出通道末級4×1切換器輸入端信號進行智能檢測和比對，當判斷主路信號異常時，應立即報警并控制4×1切換器進行自動切換，播出值機人員也可通過4×1切換器遙控面板進行手動切換，且人工手動控制的優先級高于自動控制的優先級，以確保任何異常情況盡在人的掌控之中。在根據信號檢測、比對結果進行智能判斷時，要求其判斷條件靈活可調配，以便于應對不同的應用場景需求。
4．系統響應時間要求
對于智能應急系統整體的應急過程耗時指標，從信號采集、信號處理、邏輯運算分析、展現及自動操作，到人機交互（不含人的反應和動作時間），最終到系統響應生效，要求滿負荷運轉時系統響應總時間應≤2秒鐘。
5．系統運行穩定性要求
智能應急系統應支持7×24小時連續穩定運轉，且系統例行維護時間間隔應≥30天。
6．系統故障恢復模式要求
智能應急系統應采用模塊化結構，與電視播出系統采取松耦合并聯方式，智能應急系統本身發生故障時不會影響電視播出系統正常運行。智能應急系統本身應支持單點故障單點解決的故障恢復模式，該系統中任何一個獨立的軟硬件設備發生故障，只需要恢復該設備的正常運行即可恢復整個系統的正常工作，無需對其他相關設備進行聯動操作或離線重啟。
7．系統擴展性要求
智能應急系統的模塊化結構，以及與電視播出系統之間的松耦合并聯方式，使得智能應急系統既可適應播出應用環境，滿足播出業務智能檢測、報警和應急處置需要，也可支持系統規模和業務的平滑擴展。要求單臺設備支持8對（16路）高清/標清SDI信號的智能檢測，通過增加智能檢測設備的數量，即可提供更多路高清/標清SDI信號的異態智能檢測和更多組比對，以便覆蓋高清/標清播出通道中更多關鍵節點SDI信號的智能檢測和比對。
二．信號異態檢測和比對功能設置
1．信號異態檢測指標設置
對4個頻道在播高清/標清（HD/SD）SDI信號的實時異態檢測，應可針對不同異態或故障類型分別設置報警閾值，避免誤報，支持根據實際播出業務場景的需要對每一路信號的檢測指標及其報警閾值進行獨立配置。視頻信號異態檢測項涵蓋：同步失鎖、黑場、靜幀、彩條、彩場、單色、馬賽克、拉條、信號中斷、臺標異常等指標。音頻信號異態檢測項涵蓋：左右聲道靜音、電平過低、電平過高、立體聲左右聲道的電平差異過大、反向、單音頻，以及主路/備路HD/SD-SDI信號嵌入音頻信號之間相似度比較等指標。
2．一致性比對信號鏈路節點設置
針對HD/SD-SDI信號一致性比對信號鏈路節點的設置，我們選定在每個頻道主備16×2（或16×4）高清SDI切換器的PGM輸出端處（即高清4×1切換器輸入端處），以及每個頻道主備PGM/HD-SDI下變換器的輸出端處（即標清4×1切換器輸入端處），這樣，需要比對的HD/SD-SDI信號總共就有4對（8路）高清PGM/HD-SDI信號和4對（8路）標清PGM/SD-SDI信號。那么，對于每個頻道主路/備路、高清/標清播出通道末級4×1切換器智能應急切換的應用場景，一致性比對設備可支持智能檢測、比對、應急切換、人工干預等業務流程，并能夠實現每個頻道主路/備路、高清/標清播出通道末級4×1切換器智能應急處置的一鍵全切，使智能應急操作比傳統應急操作更加快捷、更加直觀、更加人性化。
圖1 智能應急系統一致性比對信號鏈路節點設置示意圖
3．信號比對檢測功能設置
智能應急系統應能同時對8對（16路）高清/標清SDI信號進行一致性比對、異常檢測、可用性智能鑒別，自動選出并切換正常信號，彌補人工判斷易出錯等短板，以應對多個頻道播出信號同時出現故障情況下的高效和可靠應急處置問題。
系統在對每對（2路）高清/標清SDI信號進行實時檢測和一致性比對時，應能及時發現信號之間的差異，對常見的劣播異態情況作出及時報警。2路SDI信號一致性比對檢測項包括亮度比對、圖像比對、音頻各聲道比對、主備路同步比對、主備路畫幅比比對，比對可達像素級高精度，支持一幀精度檢測，逐幀比對；支持比對模板創建，并過濾不需要比對的區域；支持圖像位移比對，可設置檢測位移的偏移量閾值；支持信號延遲量的設置，適應不同延遲值環境下的信號比對；支持高精度比對組的自動延遲、緩沖處理，容許比對信號之間出現一定的延遲抖動，避免誤報，延遲閾值可設置；也可支持忽略閾值的設置，這些可忽略閾值包括像素點數最大允許誤差閾值、亮度差閾值等。
三．一致性比對檢測服務器配置
智能應急系統配置了1臺16路HD/SD-SDI信號一致性比對檢測服務器，由一臺服務器即可完成高標清同播電視播出系統在播的8對（16路）SDI信號的一致性比對、信號異態檢測、故障判斷、報警/切換命令發送等任務，該服務器采用線程級通訊以規避通訊延遲和丟失風險，可保證故障判斷子系統的準確性、穩定性。服務器本地也部署有報警客戶端，可以多畫面形式顯示畫面、音柱，當前路SDI信號質態及報警異態。同時，該服務器支持控制高
清4×1切換器、標清4×1切換器的手動/自動聯動切換和分別切換。
該一致性比對檢測服務器采用CPU+IO卡技術，采用廣電專業級IO卡和8通道RS-422/485多串口卡；基于DELL R740企業級服務器平臺，采用Windows Server 2012 R2操作系統；配置2顆Intel Xeon Silver4210十核@2.2 GHz CPU，配備可熱插拔的冗余雙電源模塊；主板載有4個千兆以太網端口；可實現8對（16路）HD/SD-SDI信號（嵌入音頻）實時檢測和比對，并提供迅速、準確的報警，從而提高在線播出應急響應的速度。
四．4×1切換器遙控面板配置
配置8只一致性比對遙控面板，擔當4×1切換器遙控面板的角色，用于遙控8只4×1主備高清切換器和8只4×1主備標清切換器。每只一致性比對遙控面板為雙路面板，并配備冗余雙電源，可以控制2只4×1切換器，這樣8只一致性比對遙控面板可控制16只4×1切換器。單只一致性比對遙控面板具備1組RS422控制接口和2組GPIO控制接口，可以控制主流周邊廠家的N×1開關類切換器產品，同時支持自動切換和手動切換工作模式。
一致性比對檢測服務器通過RS422與一致性比對遙控面板進行雙向通訊，一致性比對遙控面板通過GPIO與4×1切換器進行雙向通訊，可以獲取4×1切換器設備的狀態，可同步顯示當前4×1切換器的切換路由狀態，確定其是否正確切換，切換狀態返回信息歸入日志記錄。遙控面板掉電時，依然可以通過GPIO觸發4×1切換器。智能應急系統的軟件系統關閉時，也不影響一致性比對遙控面板的手動操作。軟件系統掉線或者4×1切換器掉線，遙控面板會立刻進行聲光報警。每只遙控面板具備5個按鈕，前4個按鈕可分別或者同時手動/自動控制對應的高清/標清、主路/備路共4路SDI信號進行切換，第5個按鈕用于激活/釋放手動控制權，人工手動控制的優先級高于自動控制的優先級。每只遙控面板可同時控制主備兩個4×1切換器，遙控面板可鎖定，鎖定后遙控面板按鍵操作將無效。一致性比對遙控面板采用可編程按鍵，可通過編程自定義每個按鈕的顏色，并控制按鍵閃爍。
五．自動應急切換功能實現
智能應急系統的高清/標清SDI信號實時檢測和一致性比對以及自動切換功能具備快速響應能力，對于幀級故障或異態（如彩條）的自動切換任務，可以實現1秒內完成故障檢測以及自動切換。對于延遲生效的自動切換任務（如黑場），可以實現2秒內完成故障檢測及自動切換，或根據預設的檢測判斷閾值和切換閾值進行自動切換。智能應急系統設備支持7×24小時穩定可靠運行，對四個頻道在線播出的高清/標清SDI信號鏈路上采集的高清/標清、主路/備路SDI信號進行視音頻指標實時檢測和一致性比對，并控制主備4×1切換器進行自動切換或者指導值機人員進行手動切換，智能應急系統對所有報警信息及自動切換和手動切換操作均具有詳細完整的日志記錄以供查詢，以實現安全播出業務的閉環管理。
六．智能應急系統軟件功能模塊配置
圖2 智能應急系統軟件功能模塊邏輯依賴關系示意圖
智能應急系統的軟件功能模塊主要配置了信號采集、信號分析、應急控制和綜合管理等模塊。
1．信號采集模塊
信號采集模塊可提供各頻道高標清主備通道在播SDI信號的狀態和異態報警數據，以供后臺比對分析與邏輯判斷調用。智能應急系統通過信號采集模塊在采集電視播出系統中主路/備路、高清/標清播出通道鏈路節點在播SDI信號的內容和狀態時，由于信號采集點選在了電視播出系統相關環節信號分配器之后，因此不會對電視播出系統產生影響。按照每個頻道實現2對（4路）（2路高清、2路標清） SDI信號實時檢測，可滿足4個頻道共8對（16路）末前級HD/SD-SDI信號（嵌入音頻）的檢測報警需求；支持對信號異態或故障進行實時報警并疊加文字；可自行設定輸出碼流碼率參數和清晰度指標；支持熱插拔、即插即用，支持采集板卡自身狀態的反饋呈現。
2．信號分析模塊
信號分析模塊通過調用信號采集模塊提供的在播SDI信號狀態和異態報警數據，并進行后臺比對分析與邏輯判斷，從而為應急控制模塊提供后臺判斷邏輯。支持16路HD/SD-SDI信號（嵌入音頻）實時比對和智能報警；支持對主路、備路信號自動對齊同步，能夠實時比對主路、備路視頻和主路、備路音頻指標的一致性程度；智能應急系統所有軟件功能模塊的異常數據和操作記錄均記入系統日志、寫入數據庫，且采集、分析、控制、管理的信息均寫入數據庫，支持日志數據分析與查詢；能對信號異態或故障進行及時、準確判斷；可實現對畫面任意區域的檢測，支持比對模板的創建和技審模板的創建，可過濾不需要比對的區域，比如臺標、角標、左飛區域，還原真實異態類型；可自動判斷各路信號是否正常，并依據信號異態報警信息進行應急處置提示。
3．應急控制模塊
應急控制模塊支持對所有16只4×1切換器的設備狀態及切換狀態進行實時反饋呈現至可視化界面，可滿足4個頻道主備高清4×1切換器、主備標清4×1切換器的控制需求。各種切換邏輯可通過后臺管理界面進行配置，當智能應急系統出現故障或應急控制模塊出現故障時，能夠自動屏蔽智能應急系統對4×1切換器的所有控制指令，但是不會影響人工通過4×1切換器的遙控面板（也即一致性比對遙控面板）完成手動應急操作，同時具備防止誤操作的保護機制。應急控制模塊支持播出值機人員人工手動控制的優先級高于自動控制的優先級，以確保任何異常盡在人的掌控之中。
4．綜合管理模塊
綜合管理模塊采用集中式管理方式和分布式備份方式，完成智能應急系統中各功能模塊配置，配置信息可保存至數據庫；配置信息支持模板功能，能夠實現批量添加和修改；支持通過WEB頁面設置配置信息，查詢報警信息；支持采用多畫面集中展示平臺展現16路參與檢測和比對的高清/標清SDI信號（嵌入音頻），能夠動態展示視頻圖像和VU/PPM音柱。借助綜合管理模塊，智能應急系統可具備各個功能模塊上下游交互和全局性視角，能夠自動識別播出系統相關環節的信號異常和4×1切換器的狀態，并進行智能關聯分析和狀態結果反饋呈現。
七．結語
揚州廣播電視總臺設計并建設在線播出智能應急系統，其終極目標是要將這類智能應急系統建設成為能夠擔當播出業務流程智慧化的事故隱患“先知”、播控值機 “哨兵”、應急處置“參謀”、故障處理“導師”等角色，從而極大地提高安全播出技術保障水平。應該說這類系統項目的建設必然需要經歷一個不斷完善和持續改進的過程，希望本文所介紹的在線播出智能應急系統設計和建設體會，能夠給業內同行帶來些許有益的啟發。B&P