地面數(shù)字電視監(jiān)測技術(shù)分析

關(guān)子豪

（國家廣播電視總局二〇一臺，新疆 昌吉 831100）

0 引 言

廣播電視節(jié)目制作、傳輸及監(jiān)測的發(fā)展與信息化技術(shù)的不斷更新迭代息息相關(guān)。2015年，國家財政投入40多億元人民幣，正式啟動全國中央廣播電視無線數(shù)字化覆蓋工程。2020年6月，國家廣播電視總局印發(fā)《關(guān)于按規(guī)劃關(guān)停地面模擬電視有關(guān)工作安排的通知》，決定自2020年6月15日開始，關(guān)停中央及各省、市、縣模擬電視信號。目前，我國在地面數(shù)字電視覆蓋網(wǎng)領(lǐng)域領(lǐng)先于世界大部分國家。相比而言，地面數(shù)字電視的傳輸容量是地面模擬電視的數(shù)十倍，它大幅拓展了電視行業(yè)的服務(wù)范圍，一舉扭轉(zhuǎn)電視傳播和影響力衰退的局面，可為人民群眾提供更高質(zhì)量和更高效率的電視服務(wù)[1]。

根據(jù)地面數(shù)字電視的主要技術(shù)特點和相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)及實施方案，本文提出較為完善的地面數(shù)字電視監(jiān)測技術(shù)系統(tǒng)，開展地面數(shù)字電視的播出秩序和播出質(zhì)量的監(jiān)測監(jiān)管工作，為我國廣播電視監(jiān)測監(jiān)管體系建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

1 地面數(shù)字電視技術(shù)特點

監(jiān)測方法與傳輸方式的技術(shù)特點關(guān)系緊密。相較于有線數(shù)字電視，地面數(shù)字電視利用無線傳輸方式，電視節(jié)目的信號質(zhì)量得到大幅提升，具有信號覆蓋區(qū)域廣、信息容量大、操作模式多樣靈活以及頻率規(guī)劃效率高等優(yōu)點[2]，運用PN序列填充的時域同步正交頻分復(fù)用（TDS-OFDM）多載波調(diào)制技術(shù)，結(jié)合信號在時域和頻域的傳輸，在頻域傳輸有效載荷，在時域通過擴(kuò)頻技術(shù)傳輸控制信號實現(xiàn)同步和信道預(yù)測技術(shù)，在快速碼字的同時，也能保證穩(wěn)定的同步跟蹤性能，這為地面數(shù)字電視信號質(zhì)量監(jiān)測提供了監(jiān)測策略和依據(jù)。用戶在使用過程中實際接收到的電視節(jié)目與付費有線數(shù)字電視節(jié)目類似，但地面數(shù)字電視節(jié)目數(shù)量較少，且信號傳輸易受距離、當(dāng)?shù)仉姶怒h(huán)境及人為因素影響。因此，在建設(shè)監(jiān)測站點時應(yīng)重點結(jié)合當(dāng)?shù)匕l(fā)射臺站信息、電磁環(huán)境及射頻參數(shù)等方面，實現(xiàn)對地面數(shù)字電視發(fā)射機(jī)運行狀態(tài)、信號質(zhì)量及覆蓋效果的監(jiān)測[3]。

2 監(jiān)測技術(shù)與方法

建立監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺和位于各縣市的地面數(shù)字電視遙控監(jiān)測站，通過HTTP和XML等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議建立數(shù)據(jù)連接，組成地面數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)。監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺部署于監(jiān)測機(jī)構(gòu)局域網(wǎng)內(nèi)，完成監(jiān)測任務(wù)管理、監(jiān)測站的控制管理、對回傳數(shù)據(jù)的接收與分析、對所有操作日志記錄和傳輸內(nèi)容的存儲、對系統(tǒng)的管理、對節(jié)目源的監(jiān)測與特性采集、發(fā)射信息管理以及綜合展示等功能。監(jiān)測站分布在各地市合適地點，通過數(shù)據(jù)專線方式聯(lián)網(wǎng)，接入監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺。監(jiān)測站無人值守，接收并執(zhí)行中心平臺下達(dá)的任務(wù)指令或?qū)崟r監(jiān)測指令，接收和解調(diào)地面數(shù)字電視信號，并進(jìn)行指標(biāo)測量、數(shù)據(jù)采集、處理、存儲以及報警回傳等操作，實施頻譜監(jiān)測和數(shù)據(jù)處理。監(jiān)測前端系統(tǒng)功能如圖1所示。

圖1 監(jiān)測前端系統(tǒng)功能框圖

運用射頻監(jiān)測系統(tǒng)、碼流監(jiān)測系統(tǒng)以及音視頻監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對整個地面數(shù)字電視播出環(huán)節(jié)的監(jiān)測監(jiān)管。射頻監(jiān)測系統(tǒng)對業(yè)務(wù)監(jiān)測范圍內(nèi)的地面數(shù)字電視信道質(zhì)量進(jìn)行實時測量，定期或臨時對給定頻段范圍內(nèi)的廣播電視頻譜進(jìn)行掃描；依據(jù)ETSI TR101-290三級錯誤的標(biāo)準(zhǔn)，對TS源流進(jìn)行碼流層面監(jiān)測；音視頻監(jiān)測系統(tǒng)主要完成對信號源畫面和音頻的質(zhì)量研判和錄像存儲工作。

2.1 射頻監(jiān)測系統(tǒng)

射頻監(jiān)測系統(tǒng)利用定向天線對地面數(shù)字電視射頻信號進(jìn)行接收，經(jīng)天線共用器分配至地面數(shù)字電視監(jiān)測主機(jī)進(jìn)行解調(diào)，支持對多種地面數(shù)字電視工作方式的監(jiān)測。解調(diào)后的地面數(shù)字電視信號以TS over IP方式封裝后傳輸，即TS（Transport Stream）包封裝為用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）報文后通過IP網(wǎng)絡(luò)分發(fā)[4]。系統(tǒng)主要功能包括射頻信號鎖定狀態(tài)、載波電平、載波帶寬、調(diào)制誤差比（Modulation Error Rate，MER）、誤碼率（Bit Error Ratio，BER）、載噪比多徑測量以及星座圖等參數(shù)的測量與查詢。系統(tǒng)可以使用信道歷史數(shù)據(jù)或者人工輸入?yún)?shù)作為參數(shù)模板，并設(shè)置閾值作為報警觸發(fā)條件。當(dāng)新獲取的射頻監(jiān)測參數(shù)偏差到允許范圍外并持續(xù)一定時間，系統(tǒng)將及時報警，并且能夠根據(jù)遠(yuǎn)程指令執(zhí)行射頻信號指標(biāo)測量任務(wù)，將結(jié)果回傳至中心平臺。

此外，系統(tǒng)可利用監(jiān)測站配備的頻譜監(jiān)測儀和全向天線，定期或臨時對特定頻段范圍內(nèi)的廣播電視頻譜進(jìn)行掃描，展現(xiàn)該頻段頻譜占用情況，及時發(fā)現(xiàn)新增或減少載波。頻譜掃描結(jié)果通過專線利用XML協(xié)議回傳至中心平臺。射頻監(jiān)測系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 射頻監(jiān)測系統(tǒng)框圖

2.2 碼流監(jiān)測系統(tǒng)

與模擬開路廣播電視監(jiān)測相比，地面數(shù)字電視監(jiān)測工作除射頻信號與音視頻質(zhì)量監(jiān)測外，還需要增加實時碼流監(jiān)測的內(nèi)容。在對數(shù)字電視節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測研判時，部分碼流層面的錯誤使得值班人員很難實現(xiàn)準(zhǔn)確分析研判與識別。借助監(jiān)測前端配備的碼流分析儀，碼流監(jiān)測系統(tǒng)可以及時發(fā)現(xiàn)異常的節(jié)目碼流，并將報警信息與報警指標(biāo)回傳至監(jiān)測系統(tǒng)中心平臺。值班員通過報警級別及實時指標(biāo)查找原因，排除隱患，保障安全播出。

碼流監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r顯示當(dāng)前碼流的節(jié)目名稱、節(jié)目號、加密信息、提供商、業(yè)務(wù)類型、音視頻PID號以及碼率等信息；可將傳輸流中各類數(shù)據(jù)占比進(jìn)行統(tǒng)計，計算傳輸速率、包長及網(wǎng)絡(luò)信息；計算PCR精度和間隔，并以動態(tài)圖形的方式顯示；將傳輸碼流中各路節(jié)目的電子節(jié)目以表格形式體現(xiàn)，包括節(jié)目數(shù)量、節(jié)目號、名稱、提供商概述、載波頻率、調(diào)制方式以及符號率等[5]。系統(tǒng)將實時監(jiān)測的碼流與歷史模板數(shù)據(jù)進(jìn)行分析比對，及時發(fā)現(xiàn)傳輸流中節(jié)目的數(shù)量和種類變化并進(jìn)行報警；支持ETSI TR 101-290碼流三級錯誤報警，支持碼流信息模板報警，支持碼流對應(yīng)PID變化報警等。碼流監(jiān)測系統(tǒng)如圖3所示。

圖3 碼流監(jiān)測系統(tǒng)框圖

2.3 音視頻監(jiān)測系統(tǒng)

在整個地面數(shù)字電視監(jiān)測環(huán)節(jié)中，音視頻監(jiān)測是最為直觀、更符合監(jiān)測機(jī)構(gòu)值班人員對廣播電視信號監(jiān)測習(xí)慣的監(jiān)測手段。音視頻監(jiān)測系統(tǒng)除了提供節(jié)目質(zhì)量監(jiān)測功能外，還能對節(jié)目質(zhì)量異態(tài)進(jìn)行報警，并提供錄像存儲備查以及多畫面顯示功能。

（1）音視頻播放。系統(tǒng)支持實時和錄制TS流回傳監(jiān)看、實時和錄制轉(zhuǎn)碼節(jié)目監(jiān)看。視頻節(jié)目采用H.264格式轉(zhuǎn)碼，音頻節(jié)目采用AAC格式轉(zhuǎn)碼，TS格式封裝，可采用HTTP/RTSP或RTMP等通用流媒體協(xié)議回傳。系統(tǒng)可顯示播放節(jié)目的EPG信息和信道、碼流的簡要參數(shù)。

（2）音視頻質(zhì)量異態(tài)報警。系統(tǒng)利用監(jiān)測主機(jī)的硬件板卡對音視頻靜幀、無伴音、黑場、馬賽克及彩條等現(xiàn)象進(jìn)行檢測并報警，且支持圖像色差和亮度報警。系統(tǒng)可根據(jù)重大情況歸類監(jiān)測，報警策略可自由配置。

（3）多畫面集中顯示。每個監(jiān)測站配備多畫面服務(wù)器，支持畫面組織靈活的數(shù)字節(jié)目多畫面監(jiān)看模式，且具有高清顯示能力。

3 監(jiān)測站技術(shù)要求

監(jiān)測點的設(shè)置是否合理，會直接影響地面數(shù)字電視監(jiān)測工作的質(zhì)量和效率。監(jiān)測人員在進(jìn)行監(jiān)測前端選址時，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)匦盘柛采w情況，保證信號接收質(zhì)量高、穩(wěn)定性強(qiáng)。對多重覆蓋監(jiān)測點進(jìn)行重點監(jiān)測，在不同地區(qū)制定針對性的監(jiān)測措施，構(gòu)建完善的信號接收系統(tǒng)。

基于地面數(shù)字電視監(jiān)測站的主要任務(wù)及功能，監(jiān)測站選址應(yīng)在發(fā)射臺覆蓋區(qū)域內(nèi)，且盡量保證周圍地形開闊，電磁環(huán)境良好，利用性能良好的接收天線、接收機(jī)及頻譜監(jiān)測儀，保證能夠持續(xù)穩(wěn)定地接收地面數(shù)字電視信號；監(jiān)測站系統(tǒng)應(yīng)支持監(jiān)測任務(wù)本地獨立運行，自動接收中心平臺下發(fā)的各類指令并執(zhí)行，且組網(wǎng)靈活；監(jiān)測站系統(tǒng)應(yīng)能夠在無人值守的環(huán)境下24 h不間斷執(zhí)行監(jiān)測任務(wù)，支持遠(yuǎn)程控制。為了保證監(jiān)測工作及時準(zhǔn)確，監(jiān)測站通信系統(tǒng)要求性能良好，網(wǎng)絡(luò)鏈路要求較高，電力系統(tǒng)應(yīng)配備UPS在線式不間斷電源和電源管理器，保證監(jiān)測工作在電力故障的情況下不受影響。

4 結(jié) 語

中央節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程已在全國各省市開展，此項工程投資大、覆蓋廣。如何對其進(jìn)行準(zhǔn)確高效的監(jiān)測監(jiān)管，保證國家投資效益，保障安全播出，是廣播電視監(jiān)管人的職責(zé)所在。構(gòu)建形成安全、穩(wěn)定且高效的地面數(shù)字電視監(jiān)測系統(tǒng)，能夠切實維護(hù)地面數(shù)字電視播出秩序，保障電視信號質(zhì)量，保障廣播電視無線數(shù)字化覆蓋水平，有效提升廣播電視公共服務(wù)行業(yè)工作質(zhì)量。