基于数字卫星广播电视模块需求的广电监测系统设计

摘" 要：该文基于数字卫星广播电视监测的业务需求和功能需求，设计一种能够实时监测卫星广播电视信号，并自动分析信号和直观展示分析结果的应用系统。该文首先从音频、视频信号的动态监测、压缩存储、系统维护及网络互联等方面，对数字卫星广播电视系统的业务需求、功能需求展开分析。随后按照需求导向原则，基于B/S架构和Servlet技术设计由Web控制层、业务逻辑层、数据持久层组成的数字卫星广播电视监测系统。该系统可根据实时监测数据动态，直观地显示广播电视节目的播放情况，并实现异常报警，为实现无人值守和故障自动恢复提供积极帮助。

关键词：广电监测系统；数字卫星广播电视；电视监测；视频静帧；需求导向

中图分类号：TN92" " " "文献标志码：A" " " " " 文章编号：2095-2945（2023）31-0134-04

Abstract： Based on the business and functional requirements of digital satellite radio and television monitoring， this paper designs an application system which can monitor satellite radio and television signals in real time， analyze the signals automatically and display the analysis results directly. Firstly， this paper analyzes the business requirements and functional requirements of digital satellite radio and television system from the aspects of dynamic monitoring， compression and storage of audio and video signals， system maintenance， network interconnection and so on. Then， according to the demand-oriented principle， a digital satellite radio and television monitoring system is designed based on B/S architecture and Servlet technology， which is composed of Web control layer， business logic layer and data persistence layer. The system can dynamically and intuitively display the broadcast of radio and television programs according to the real-time monitoring data， and realize abnormal alarm， which provides positive help for the realization of unattended and automatic fault recovery.

Keywords： radio and television monitoring system; digital satellite radio and television; television monitoring; video still frame; demand orientation

在国家大力推进“村村通”工程的背景下，数字卫星广播电视的覆盖范围进一步扩大。保证广播电视的顺利播出，不仅能够丰富群众的精神文化生活，而且还关系到国家安全和社会稳定。这就需要建立一套完善的广播电视监测系统，实现对各类广播电视节目的全方位、实时性监测。本文设计的数字卫星广播电视监测系统，通过实时采集并上传某个频道的音频、视频信号，开展信号分析处理，可以准确诊断出是否存在音量过高或过低，音频丢失、视频静帧、视频彩条等故障。在确定存在故障后，可以进行相应的报警，并支持部分故障的自动恢复，在提高广播电视节目播送质量方面发挥了显著作用。

1" 广电监测系统数字卫星广播电视模块的需求分析

1.1" 业务需求

1.1.1" 卫星广播电视信号监测

该系统需要对地方电视台和广播电台的各个频道的节目进行“一对一”的全天候实时监测。通过采集节目的音频和视频信号，将其传输到后台进行分析，以便于准确、及时地发现节目播送过程中存在的停播、劣播以及其他异常情况。同时，能够将报警信息同步传送给中心管理平台并在人机交互界面上显示，提醒管理人员采取进一步的措施。

1.1.2" 音视频信号压缩存储

该系统需要对地方电视台电视广播节目的音频、视频信号进行实时采集和压缩存储。其中，广播编码统一选择MP3压缩标准，支持自定义码率；电视编码或转码统一选择H.264/MPEG2自适应压缩标准，支持自定义码率。码流区间为10 kbps～2 Mbps，在该区间内可灵活设置。

1.1.3" 广播电视多画面组合显示

该系统需要支持多种实时显示的报警方式，包括语音报警、声光报警、数据库报警等。同时，要求任意一路信号的任意一项报警参数都能自定义报警方式，以便于管理人员可以直观地辨别存在的异常情况。这里以音频报警和视频报警为例，介绍主要检测参数及其故障判断原理。

音频监测参数主要有音频丢失、音量过高或过低、无伴音及单音5种类型。以音量异常情况为例，系统判断原理为，如果监测到的分贝值超出了设定门限，会触发音量过高报警，相应的，如果监测到分贝值低于设定门限，会触发音量过低报警[1]。系统管理员可自定义报警的分贝值百分比门限和时间门限。例如，规定分贝值超过设定值的2%，并且持续时间超过10 ms，即可进行音量过高报警。

视频监测参数主要有视频静帧、视频彩条、视频黑场3种类型。以视频静帧为例，如果监测到视频图像的Y分量在某个时间段内的数值变化量低于设定门限，则触发视频静帧报警。同样的，系统管理员可自定义视频静帧报警的亮度百分比门限和时间门限。例如，当监测到的亮度百分比超过正常值的5%，并且持续时间超过100 ms，即可进行视频静帧报警。

1.2" 功能需求

1.2.1" 电视监测功能

该功能需要对电视各个频道的实时技术指标进行监测，如视频电平、音频电平、音视频电平差、载噪比和节目异常状态（如彩条、黑场）等。系统管理员可以从人机交互界面上选择电视监测功能，然后指定一个监测点并发送监测指令。前端设备接收该指令后，会收集监测点的音频、视频信号，并从中提取出技术指标进行本地存储。通信模块会以设定好的发送频率，将本地存储的各种技术指标上报给中心监测平台。客户端可以根据需要实时调用并处理这些技术指标，并将分析结果以图像或告警信息等形式呈现在Web浏览器上。电视监测功能除了对实时技术指标进行监测外，还支持广播电视节目内容的实时查看，包括实时播放、实施轮播等。以实施轮播为例，可以任选一个播出机构的多个频道，根据自定义的时间间隔轮流播放多个频道上的节目，播放一路实时视频流，在客户端进行观看。

1.2.2" 广播监测功能

该功能的监测指标包括广播的载波信号电平、调幅度、频偏、有无载波停播及无音频停播等情况。系统管理员从人机交互界面上选择广播监测功能，并指定一个监测点发送监测指令。该监测点接收指令后，选择各种指标在各个监测点进行本地存储，并上报给中心管理平台。中心管理平台将接收的数据指标存储到数据库中，以便于调用、分析。系统会对广播音频信号做解码、播放处理，并在Web浏览器中播放回传的音频。

1.2.3" 系统维护功能

为优化数字卫星广播电视监测系统的使用体验，需要设计系统维护功能，具体包括以下几项：①用户权限管理。中心管理平台能够保存和管理所有用户的权限，支持用户的添加、删除、信息更改及权限分配等操作。在用户端打开浏览器进入系统登录界面后，需要提供用户名与密码。提交信息后系统进行双重验证，一是用户名与密码匹配，二是用户名在系统后台有注册记录。在验证通过后，系统会根据用户名确定其权限，保证该用户只能在权限范围内进行操作。②数据统计分析与报表生成。该系统能够提供多种数据统计分析工具，如质量异态分析工具、播出效果分析工具等，并且将分析结果以图表、图形等可视化形式输出。可灵活设置多种选型，如单一频道查询或多个频道组合查询，以及按照日报、周报、月报、年报进行查询等。③系统维护管理。负责中心管理平台与监测前端的信息维护、各个广播电视频道的信息维护、报警参数范围信息维护等。④报警信息显示。根据报警内容的不同，以不同的颜色、不同的方式显示。如监测到广播电视故障后，会根据故障类型的不同，以红色、橙色等多种颜色进行常亮显示；对于未处理的播出事故和报警信息，以红色、橙色等多种颜色进行闪烁显示。

1.2.4" 其他功能

本文在设计数字卫星广播电视监测系统时，除了考虑电视监测、广播监测及系统维护3项基本功能外，基于易用性、实用性和可扩展性原则，还加入了以下功能。

1）音视频数据的采集、压缩与回传功能。这些功能可以用集成板卡统一处理，并且可以做到视频图像和语音的实时同步，以及视频图像帧率的连续可调。

2）GIS功能。GIS系统融合了数据采集、存储、处理、检索及表达等多种功能，将GIS系统嵌入到广播电视监测系统中，可以准确定位监测网中每个监测点的位置，让管理员在中心管理平台上能够直观了解每个监测前端的实施情况，并且在发生报警后尽快锁定报警位置，为下一步的抢修处理提供了依据。

3）数据库管理功能。考虑到该系统会实时采集海量数据，因此数据的存储与管理至关重要。数据库管理功能不仅支持海量数据的分类存储，而且还具备文件回传功能、数据分析功能、报表处理功能、异常状态信息显示功能。

4）网络安全管理。系统采用三重安全保护体系，其一是采用独立的IP网段，使物理网络具备独立性，避免局部网络出现故障对其他网络产生影响；其二，在监测管理中心和前端监测设备之间启用防火墙，将监测管理中心隔离保护；其三，在系统中部署病毒服务器，每个监测前端统一安装防毒客户端，切实保障数据安全和网络安全。

2" 广电监测系统数字卫星广播电视模块的设计

2.1" 系统整体架构

本文设计的广电监测系统大体可分为两大模块，其一是监测中心管理平台，其二是设在各地市的监测前端。两者之间采用10 M宽带连接，执行XML协议和TCP/IP协议完成数据通信，保证监测中心管理平台可以实现对全市卫星广播电视信号的动态监测，并向这些前端设备发送遥控指令，实现双端通信。监测中心管理平台的软件系统采用典型的B/S架构，由3部分组成，分别是Web控制层、业务逻辑层和数据持久层[2]。正常情况下，系统管理员从监测中心平台上编辑指令，并利用宽带网络将指令发送至监测前端设备。设备接收并执行指令后，将采集到的音频、视频信号反馈至监测中心管理平台，经过软件处理后，把结果呈现在人机交互界面上，展示给用户。系统的整体架构如图1所示。

2.2" Web控制层

该系统的人机交互界面通过Web浏览器向用户展示信息，Web控制层的作用就是将业务逻辑层处理完毕的最终结果以简明易懂的图表等形式呈现给用户。根据承担功能的不同，Web控制层可分为3个模块，分别是用于页面数据处理、页面详情展示的页面模块，该模块使用Flex技术实现；用于实现数据异地传输，提高系统高响应速度的数据传输模块，该模块使用Ajax技术实现；用于进行数据转换的数据处理模块，为提高兼容性，要求所有数据在传输前必须统一转化为XML格式[3]。Web控制层流程关系描述如图2所示。

2.3" 业务逻辑层

在系统整体架构中，业务逻辑层位于Web控制层和数据持久层之间，发挥了“上传下达”的功能。其既可以根据Web控制层上用户下达的指令，从数据层中调用相应的数据，以满足实时监测和故障诊断的需求；同时又能将数据持久层中保存的前端数据，反馈给控制层，在数据处理完毕后将结果显示在Web浏览器上[4]。本文在设计系统的业务逻辑层时，使用Servlet（小服务程序）技术接收Web控制层的请求和接收前端系统消息，设计图如图3所示。

2.4" 数据持久层

该层的作用是将持久的动作封装成一个独立的层，从而减少了功能代码之间的关联，有助于增强代码的内聚力，降低代码的耦合度。当用户从Web浏览器上编辑并发送指令活动，可以更快地找到符合要求的数据，提高了数据调用效率。本文在设计系统数据持久层时，使用DAO（数据访问对象）管理数据源的链接，保证数据检索、存储等基本操作的实现。从结构组成上来看，DAO包含了业务对象、数据访问对象与数据源3部分。在DAO的帮助下，能够将数据访问逻辑的实现细节进行封装，至保留一个抽象化的数据访问API。这样一来，用户只需要从Web浏览器上调用API即可完成对数据库内海量数据的操作，保证了业务操作和数据访问的同步进行。

2.5" 业务监测及故障报警流程

如上文所述，本文设计的广播电视监测系统中，包含了节目内容查看、技术指标监测等多种业务流程。为保证业务顺利实现，并且相互之间不会发生干扰，需要针对每一项独立业务分别开展流程设计。这里以监测信息故障报警为例，其流程如下。

获取前端实时监测信息后，执行一个判断程序“该信息是否为报警信息？”如果判断结果为“否（N）”，则直接将报警信息存入数据库，并结束本轮监测任务。如果判断结果为“是（Y）”，一方面要进一步判断报警信息所属级别，并根据判断结果将该报警信息存储到对应的监测中心，对该报警信息进行备份，将原数据与备份数据分开存入到数据库[5]。另一方面，则要查看监测信息的具体内容，并检查是否存在误判。如果存在误判，直接存档并将该误判信息存入数据库中；如果不存在误判，即确实存在故障报警，则启动提前制定好的应急预案，对该报警作出妥善的处理。完成处理后，将处理过程、处理结果等上报给相关部门，并将处理结果存入数据库，完成本次监测信息故障报警的整个流程，如图4所示。

3" 结束语

广播电视监测技术的发展，可以实现对无线和有线电视、调频广播、中短波广播及移动多媒体等各类信号的实时监测，并利用解码压缩技术、数据库技术、云计算技术等，实现对音频、视频信号的特殊处理，将处理结果以简单明了的形式呈现在监测中心的显示器上，方便管理人员一目了然地掌握哪个频道存在异常播出情况。今后还要加快推进大数据、人工智能等技术与广播电视监测系统的融合，实现从自动化监测向网络化、智能化监测的发展，从而切实保障广播电视的高质量、高效率播出。

参考文献：

[1] 张慧茹.广播电视信号监测系统在高山发射台站设计和应用探讨[J].卫星电视与宽带多媒体，2022（13）：100-102.

[2] 郭小鹏.PowerQuery在卫星广播电视播出数据统计分析的应用[J].电子世界，2021（9）：207-209.

[3] 黄云霞.广播电视直播卫星接收信号监测平台系统的设计与实现分析[J].现代工业经济和信息化，2022（8）：12-14.

[4] 胡恺.基于手持测试仪构建广电网络射频指标远程智能监测系统[J].广播电视网络，2022（2）：58-60.

[5] 袁玉平.基于人工智能的广播电视内容监测系统[J].中国有线电视，2021（5）：113-114.