关键词：数字信号 播出质量 信号监测 非法信号 攻击
随着数字化进程的不断深入，很多电视台都对播控系统进行了数字化改造，如何对数字电视信号进行有效的监测和可量化的管理就成为各个电视台播出部门普遍关心的问题。一个好的信号监测系统应该能够具有良好的检测精度、丰富的检测内容、灵活多样的报警方式以及操作方便的监测软件。
安徽省电视台和安徽现代电视技术有限公司成功开发出了新一代的数字电视节目播出质量网络监测系统，该系统根据数字信号的特点增加了监测内容，采用了独特的检测算法使视频检测达到帧精度，同时使用内存缓冲技术将故障发生时的视音频信号（包括故障前后各10秒的信号）录制下来。该系统一旦在电视台投入使用，将能有效降低播出事故的发生几率，减少故障恢复的时间，同时将实现电视播出内容和播出质量的自动化记录，为电视播出管理部门提供有效的管理措施和评价依据。以下就对安徽现代的这套数字信号网络监测系统及其应用范围做一个简要的介绍。
图1所示为电视台多频道数字信号监测系统的整体结构图，整个系统由四个部分构成：监测报警器、监测终端、远程报警器和监测服务器。各个部分以电视台内部局域网为依托，共同协作，可以为节目播出提供实时监测与报警，以及故障的录制、回放、查询统计等功能。另外需要说明的是，监测系统所使用的网络不需要与电视台的播出网络、非编制作网连接，所以不会对播出系统造成任何的影响！
图2 监测终端软件的实时监测界面
软件内置了一个MPEG-4解码器，可以播放故障发生时录制下来的视音频文件，同时具有音量柱显示功能。该解码器与常用的解码软件操作类似，具有播放、暂停、快进、快退、帧进、帧退等基本的浏览功能。
软件还具有历史记录的查询和统计功能，并能够生成并打印指定时间段（月度、季度、年度）的播出故障统计报表，便于播出部门向上级管理部门上报播出情况。
监测服务器
监测服务器是一台运行着服务器软件的计算机，负责对所有频道的监测报警器进行管理与维护。监测报警器通过网络每日向服务器上传故障数据，各个频道监测报警器的报警参数也由服务器来统一进行设置。服务器专门提供给播出管理部门，用于管理各个频道的播出情况。通过服务器软件，可以浏览到每个频道记录下来的播出故障信息数据，对每个频道的播出故障率进行统计、分析和对比，非常有利于管理者对台里的播出情况进行总体的评价。
其他应用范围
这套信号监测系统在节目审查中也可以有着良好的应用。例如，在节目编辑制作过程中，由于编辑人员的疏忽，可能会在节目中留下少量几帧不属于正常节目的彩条或彩场，如果单靠肉眼去检查，很难发现这些一闪而过的少量不正常画面。使用该套信号监测系统就可以自动检测出这些非正常信号，并对其进行定位，大大节省了节目审查过程中的人力，同时也提高了审查的效率，为安全播出提供了有力的前期保障。
另外，该套系统在防范非法信号的攻击方面也可以提供非常有效的技术手段。根据非法信号的攻击手段和卫星转播的原理可以知道，当卫星信号开始遭受非法信号攻击时，由于TS流参数发生突变，会导致数字卫星接收机解压缩输出的视音频信号有静帧、黑场、视音频丢失等故障，这些故障将会一直持续到卫星接收机锁定到非法信号为止。因此通过监测信号的异常状态来抵制非法信号的攻击是一个非常可行并且行之有效的手段。
总而言之，这套数字信号网络监测系统在电视台安全播出领域有着诸多应用，同时它也将为电视台提高电视节目播出质量提供更加科学、便捷的手段。
图1 多频道监测系统结构图
监测报警器
监测报警器是单通道信号报警器，为1U高度的标准机箱，可以安装在电视台播出机房的机架中。在机箱的前面板上有报警指示灯及系统工作状态指示灯，当检测到信号出现故障时相应的指示灯就会点亮，并以声光报警的形式通知值班人员。另外，报警器本身内置了FLASH电子盘，用以保存故障数据。之所以未采用普通硬盘来保存故障数据是出于监测系统稳定性的考虑，由于硬盘在长期不间断的工作状态下发生故障的几率很大，所以本系统没有使用硬盘，而是采用了可以反复擦除30万次以上的FLASH电子盘来保存故障数据，这就使得监测系统能够适应24小时不间断监测的要求，大大增强了系统的稳定性与可靠性。报警器通过网络定时向监测终端和监测服务器报告自己的工作状态和报警信息数据。
报警器可以对一路SDI信号进行监测分析与报警，监测的内容有：静帧、黑场、彩场（包括红场、蓝场、灰场等各种纯色信号）、彩条、视频中断、音频中断、音量过低等。用户可以对各种监测内容的报警时间和音量的报警门限电平进行设置。当故障发生并且达到用户设定的条件时，监测报警器就会报警，同时通过网络向监测终端实时传送报警信息。故障结束后，系统会自动记录本次故障的详细信息，如发生时间、持续时间、故障类型等，并将本次故障信息数据连同录制的视音频文件保存到自身的电子盘中，以备今后查询。
报警器的视频检测模块采用了特殊的图像识别算法，使得视频检测能够达到帧精度。即使是视频信号有一帧的中断或是视频信号中夹杂了一帧的彩条或彩场都能够被检测出来。
检测模块中还采用了独特的数学算法对被监测信号进行降噪处理，使黑场、彩场等故障的漏报率大大降低，提高了系统检测的灵敏度和可靠度。
另外，报警器设置了台标屏蔽区域，即使发生黑场、彩场、彩条等故障时有台标叠加其上，故障也依然会被检测出来。
当发生故障时会以MPGEG-4数字压缩方式记录故障现场和故障消失后的10秒正常信号，然后连同缓冲区中的故障发生前的10秒正常信号组合成一个完整的故障文件，最后将文件保存在FLASH电子盘中，通过这种方法就可以对故障发生前后的真实现场进行回放，有利于总结事故原因，避免同类事故的再次发生。
考虑到系统的容错性，监测系统特别设置了自启动保护措施。当监测报警器死机或者工作异常超过一定时间后，报警器就会自动重新启动，确保能够长时间的处于正常工作状态。
远程报警器
由于监测报警器一般安装在播出机房，距离播出系统值班人员可能较远，因此在发生故障时值班人员可能无法及时得到报警信息。为了能使相关人员实时的监测播出状况，系统特地配备了远程报警器，它可将播出情况和报警信息引至值班人员的操作台上，供值班员对播出情况进行实时的监测，当发生播出故障时就可以及时的采取应对措施。
远程报警器为3U高度的标准机箱，可以方便的安装在操作台的面板上，它为用户提供了声光报警、语音报警等更为丰富的报警方式。监测报警器通过RS-422线将报警信息实时发送给远程报警器。
远程报警器自带一个7英寸的LCD显示屏，在信号正常时可以将频道名称、时间等信息以OSD的方式叠加在视频画面上，同时以音量柱的形式实时显示被监测信号的音量大小。当监测报警器检测到故障时，相应的报警信息会叠加到视频画面上，同时可以通过自带的扬声器发出个性化的语音报警。如果用户想获得更大音量的语音报警，还可以外接更大功率的有源音箱。
通过远程报警器面板上的按键用户可以自行设置远程报警器的报警参数，如报警时间、音频报警门限电平等。用户还可以浏览历史故障记录，设定故障数据的保存期限，定时清除过期的故
