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第六节前端系统信号监测 (3)
一、信号监测系统设计 (4)
1、系统结构设计 (4)
2、系统功能设计 (6)
（1）信道监测 (6)
（2）码流监测 (6)
（3）音视频监测 (9)
（4）多画面显示 (9)
（5）报警集中发布 (10)
（6）码流/节目存储 (11)
（7）系统集中管理 (12)
二、信号监测系统组成 (14)
1、需求分析表 (14)
2、监测系统组成 (15)
三、信号监测设备选型 (15)
1、信号接收、解调、监测设备 (15)
（1）选型原则 (15)
（2）参考设备：EMS综合监测仪 (16)
2、音视频监测、多画面显示设备 (21)
（1）选型原则 (21)
（2）参考设备：MVS多画面监测仪 (21)
3、记录存储设备 (22)
4、网络数据交换设备 (23)
5、综合管理、报警发布设备 (23)
四、信号监测系统建设与施工 (23)
1、施工前期准备阶段 (23)
（1）熟悉设计方案 (23)
（2）准备施工设备和线材 (23)
●完成现场勘察表 (23)
●硬件设备评审 (25)
（3）输出文档 (27)
●系统结构图 (27)
●机柜图 (27)
●线表图 (28)
●布线图 (29)
2、项目实施阶段 (29)
（1）设备验货 (29)
（2）系统的安装和调试 (29)
●设备上架 (29)
●贴标签和做线 (29)
●机房的布线标准 (30)
●机柜布线示意图 (31)
●设备加电 (33)
●调通网络 (33)
第六节前端系统信号监测
根据格兰研究发布的最新统计显示，截至2014年10月底，我国有线数字电视用户达到17925.3万户，有线数字有线数字化程度达到80%，同时随着互联网的飞速发展，广电行业也面临着机遇与挑战并存的局面。特别是对于广电有线网络公司，如何在新形势的竞争中拿到主动权，将是广电运营商需要长期考虑的问题。
万本溯源，持续加强用户体验，保住大量的现有用户资源，提升内容资源的质量和数量，通过良好的用户体验来将更多用户转化为高ARPU 值的用户才是当务之急。因此一套稳健可靠、功能强大、适应力强的监测系统对于当今的广电运营商将越来越重要。
同时随着发展潮流的推进，数字电视业务支持平台不断复杂化和多样化，监测系统本身也面临着较大的挑战，如何进行前端系统信号监测方案的设计与实施，是关系到安全播出的重要内容。
2014年10月国家新闻出版广电总局发布施行的《<广播电视安全播出管理规定>有线广播电视网实施细则》中，对有线广播电视前端的安全播出工作提出了明确技术要求，《实施细则》规定：
根据覆盖用户规模，前端安全播出保障等级分为一级、二级、三级，分前端安全播出保障等级分为一级、二级，一级为最高保障等级。保障等级越高，对技术系统配置、运行维护、预防突发事件、应急处置等方面的保障要求越高。有条件的有线广播电视网运营单位应提升安全播出保障等级。
（一）前端分级。省级、省会市、计划单列市，或覆盖用户规模在100万户以上的有线电视前端应达到一级保障要求，覆盖用户规模在10万户以上，100万户以下的有线电视前端应达到二级保障要求，覆盖用户规模不足10万户的有线电视前端应达到三级保障要求；
（二）分前端分级。覆盖用户8万户以上的有线电视分前端应达到分前端一级保障要求，覆盖用户不足8万户的有线电视分前端应达到分前端二级保障要求；
按照安全播出影响程度，有线广播电视网传输的节目分为以下三类：
重要节目，指CCTV-1、本省（自治区、直辖市）卫视、本地一套及省级以上广播影视行政部门规定的其他重要节目；
主要节目，指中央电视台、本省（自治区、直辖市）电视台和本地电视台的，除付费节目以外的所有非重要节目；
一般节目，指除重要节目、主要节目外的其他节目。
各级有线播出前端应该根据实际业务情况，扎实开展安全播出各项工作，在监测系统配置、运维与技术管理等方面选择最优化方案，全面提升监测运维保障能力与安全播出管理水平。
一、信号监测系统设计
1、系统结构设计
根据业务需求不同，系统结构从总体上可分为两类，一是集中式监测系统、二是分布式监测系统。
集中式监测系统，是针对某个独立前端机房部署的监测系统，可以在本机房的节目传输链路中设置多个监测节点，实时掌控信号流程中每个环节的情况，通过监测报警信息，快速定位故障点，迅速排查故障。
分布式监测系统，采用中心+分前端的架构，在中心机房部署管理平台，在分前端（远端）机房部署监测节点，中心能够实时掌控所有分前端（远端）机房信号播出情况，通过报警信息，快速定位故障区域，迅速排查故障。
无论是集中式还是分布式，针对信号监测部分，都需要在播出链路上的关键节点、节目输出点以及接收的自台播出信号进行视音频监看监听，配置信号异态报警设备；采用录音、录像或者保存技术监测信息等方式对输出的电视节目及信号的质量和效果进行记录。
（１）集中式监测系统
图1所示的集中式监测系统，适用于有自建前端的有线网络机房，从卫星信源、卫星接收机输出、编码复用加扰输出、QAM调制输出以及模拟信号这五个环节进行全面监测，也可以根据实际建设资金情况，在监测节点数量、信号规模以及实时/轮询方式上灵活选择。
图1 集中式监测系统
（２）分布式监测系统
分布式监测系统一般为中心+分前端的二级架构，监测分前端可以实现有人值班/无人值守，将所有监测数据、报警信息实时回传至中心平台，中心平台全面掌握所有前端的信号播出情况。回传网络是系统设计中的重要因素，通常采用网络公司自有网络，根据带宽资源，每个分前端至中心开通至少2M专网，实现指令下发与数据回传。
2、系统功能设计
数字电视监测系统应从信道、传输流和解码后的视音频的三个层面对数字电视信号进行监测，并通过节目解码、存储等功能模块，实现信号后处理。
（1）信道监测
信道指标实时测量，包括QAM射频信道层、IP网络层的指标测量。
?QAM信道：
对数字电视传输质量进行监测需要测量传输信道的功率、载噪比、误码率(BER)、调制误差率(MER)等指标，并能显示QAM星座图。
数字电视信道传输质量的缺陷可能导致误码、丢包以及数据抖动等问题，视频因此可能会出现马赛克或者同步错误等现象。其中，误码率是衡量系统信号质量最重要的指标，调制误差率则包含了信号所有类型的损伤。
在数字电视安全播出监测系统中，使用传输质量监测设备来测量各种传输信号的指标，并在任意指标达不到标准时进行报警。
?IP网络层：MDI指标
MDI(MediaDeliveryIndex)媒体传输质量指标是对视频流在IP网络传输质量进行评估的测量指标。针对现有数字电视系统中的TS OVER IP流，MDI指标能够客观反映IP传输层的质量。
DelayFactor(延迟因素，简称DF)表明被测试视频流的延迟和抖动状况。DF的单位是毫秒（ms）。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解码设备缓冲的需求。被测视频抖动越大，DF值越大。
MLR计算媒体封包在采样周期内的丢失总数，
（2）码流监测
数字电视传输流监测是根据《DVB系统测试指导TR101290》（早期版本为ETR290）中建议的测试标准进行的。该标准中规定了数字电视系统测试的指标及其测量的方法，通过这三个优先级的监测，可以检验被监测的码流是否符合MPEG-2和DVB标准。这三个优先级都包含许多不同的参数。
TR101 290测试分为三个优先级。第一优先级列出了一组基本参数，这些参数是可正确
解码所必须的几个参数，第二优先级是达到同步后可连续工作必须的参数和需要周期监测的参数，第三优先级是依赖于应用的几个参数。
1.第一优先级：可解码的必要条件
2.第二优先级：连续的或定期的监测
3.第三优先级：与应用有关的监测
（3）音视频监测
在数字电视过程中，需要对播出的内容进行监测，对正常播出中出现的各种视音频异态和非法节目进行识别并报警。可以监测的异态包括：无同步、无声音、图像静止、彩条、测试卡、黑场等。同时，可以通过图像处理和模式识别技术对播出过程中出现的特定图像（如台标）进行识别。在对异态进行监测和识别时，使用全数字化异态监测技术。
（4）多画面显示
1套信号监测系统涉及到的节目少则几十套，多则上百套，需要通过建设电视墙实现所有节目的监看。可以按节目类型进行分类，在电视墙上分区显示，例如分为重点节目、高清节目、付费节目、卫星信源等。
图大屏分区示意图
（5）报警集中发布
所有的监测结果最终都反应在报警发布平台上，需要根据报警级别、报警类型确定不同的报警发布方式。
通常来说，报警发布方式有语音报警、声光报警、短信报警、SNMP Trap、HTTP Post 方式等多种方式。
当节目发生重大异态（例如节目中断、黑场、非法插播）时，需要第一时间发出语音告警及声光报警（报警提示音），提示值班人员发生异态的节目名称、异态内容。
短信报警：系统配置短信猫，在发生报警时能够触发短信发送给指定手机。能够设置发送的手机号码，可同时向多部手机发送报警提示信息。
SNMP Trap：支持采用标准的SNMP协议向其他系统推送报警信息，内容包括报警时间、报警类型、报警对象、报警详细描述。支持向甲方指定的第三方提供MIB库。
HTTP Post：支持采用HTTP协议Post方式向其他系统推送报警信息，内容包括报警时间、报警类型、报警对象、报警详细描述。支持向甲方指定的第三方提供接口协议文档，方便第三方集成。
图报警控制台
图多画面报警
（6）码流/节目存储
码流/节目存储主要用于节目异态的后判断与处理，界定播出责任。
码流存储记录原始码流，包括音视频与PSI/SI表等所有码流数据，优点是能够客观完整分析码流文件，缺点是需要占用较大存储空间。
节目存储是将原始节目压缩转码后进行存储，经过压缩后可以降低节目码率，优点是节省存储空间，缺点是丢失了码流数据并损失了节目清晰度。
存储空间计算公式：
码流存储：
(码流码率Mbps/8/1024/1024)*每小时秒数*每天小时数*码流数量*存储天数
考虑到码流存储会占用较大空间，通常采用异态触发记录方式，考虑并发故障率即可，例如按4%的并发故障率（所有码流同时发生故障，1天按约1小时计算即4%），28路码流（单路码流码率为45Mbps/s）异态触发存储15天所占用的存储空间为：
(45Mbps/8/1024/1024)* 3600*24*4%*28*15≈ 8.8TB
节目存储：
(转码后码率Mbps/8/1024/1024)*每小时秒数*每天小时数*节目套数*存储天数
节目转码后码率可以灵活设置，通常采用如下码率：
●电视节目压缩编码到1Mbps码率进行存储，CIF分辨率
●广播节目压缩编码到64kbps码率进行存储。
例如10套电视节目、10套广播节目，不间断存储30天所需空间为：
●电视：（1Mbps/8/1024/1024）*3600*24*10*30 ≈ 3.1TB
●广播：（64kbps/8/1024/1024）*3600*24*10*30 ≈ 20GB
（7）系统集中管理
随着网络技术的发展，B/S架构的监测系统平台是目前主流，这种架构的监测网系统具备灵活的扩展性、便捷的管理性等优势，非常适用于数字电视监测系统。对客户端请求的支持使用Web服务器完成；由于在通讯上采用http协议，并采用了成熟的Web服务器和中间件软件，使得系统的性能和稳定性大大提升，在实际应用中，采用B/S架构的监测网系统可以同时控制几百个监测前端，并支持上百个客户端的并发连接。这样的性能是使用C/S架构的系统无法达到的。
通常系统平台主要包括系统配置、监测数据统计查询、用户权限管理等功能。
系统配置
系统配置管理包括设备管理、信号管理、大屏配置管理、报警设置、运行图设置等。
设备管理模块可以添加、修改、删除所监测的设备信息。包括设备名称、设备类型等。
信号模块可以配置被监控业务信息，包括节目名称、所在码流等。
大屏配置模块可以配置每个屏的画面分割方式以及节目对应显示窗口。
报警设置模块，对每种报警类型可设置独立的故障级别、门限和报警方式开关。每种报警方式可独立设置开关。故障级别分为一级（重大）、二级（严重）、三级（一般）。
运行图设置模块可对监测时间段进行设置，监测系统按照运行图执行监测任务的开始和结束时间。
数据统计查询
报警统计功能可以通过输入或选择不同的查询条件（报警对象、节目、报警类型、开始时间、结束时间）查询相应的报警统计信息，详细的统计信息在页面下方的统计报表中显示，支持以表格、饼图、柱状图显示。统计信息支持以word或excel格式的格式导出。
报警统计界面
用户权限管理
用户管理功能模块可完成对系统用户进行添加、编辑、删除、查询的操作。
系统用户管理界面
二、信号监测系统组成
信号监测系统是对数字电视信号进行设备、内容、码流和信道各个层面的监测，而且能够查看故障日志和故障视频，同时可以设置对感兴趣的监测项，其基本功能实现主要包括业务配置、数据查询和日常监测三个部分。业务配置主要是用户需要的人性化配置的基本选项，包括要监测哪些数据流，也包括对需要监测内容设置，数据查询主要是查看节目发生的故障或者设备故障，同时也可以直接查看原始流。日常监测是一个重要的功能，主要是展现当前正在发生故障的状态及其视频查看。
设计信号监测系统的第一步就是需求分析，必须清楚了解期望达到的业务目标，根据目标形成需求分析，才可以实现监测方案的撰写。
1、需求分析表
按有线数字电视前端机房情况，可根据下表进行监测需求的细化。
2、监测系统组成
以北京蓝拓扑电子技术有限公司监测系统为例，监测系统由以下主要部分组成：
信号接收、解调、监测部分
音视频监测、多画面显示部分
记录存储部分
网络数据交换部分
综合管理、报警发布部分
三、信号监测设备选型
1、信号接收、解调、监测设备
（1）选型原则
数字改造后，机房信号数量庞大，一般采用嵌入式架构的监测仪，集信号接收、解调解扰、信道码流功能于一体，具备高集成度。设备的高度集成可减少机房空间占用，相应的减少设备电费和机房空调设备支出，同时设备数量的减少也大大降低了相应维护工作量及维护人员支出，极大的减少运营商设备运行维护费用和人员开支。
设备选型原则：
1.采用嵌入式设计结构，稳定、可靠，可配置冗余电源，保证设备7*24小时不间断
运行。
2.高集成度，低功耗。单台设备可支持至少20路信号监测，且整机满配功耗不高于
300w。
3.模块化设计，可灵活配置不同信号模块，具备DVB-C、DVB-S、ABS-S、IP、DTMB、
ASI等多种接口模块。
4.集采集、解调解扰、监测于一体，采用标准DVB_CI接口，可支持国内外多家主流
CA。
（2）参考设备：EMS综合监测仪
蓝拓扑EMS系列综合监测仪是一款用于广播电视信号监测的嵌入式专用设备，具有高集成度、高可靠性、多种类型信号可混插等特点。它采用模块化设计，单台设备最大支持48路射频信号的实时解调、解扰、监测、压缩转码、组播输出。设备前面板自带液晶显示屏和按键，显示设备及各个板卡运行状态。
机箱规格为5RU。电源采用冗余式设计，确保整机工作的稳定性和可靠性。
EMS系列综合监测仪支持多种类型信号，分别有DVB-C、ASI、DVB-S/S2、CTTB/DTMB、ABS-S、模拟电视等，并支持多种格式混插。设备支持基于WEB的配置和状态查看方式，非常易于操作和维护。
功能特点
?高集成度，5RU，单台最大支持48路信号监测
?支持多种格式监测板卡混插，包括DVB-C、ASI、DVB-S/S2、CTTB/DTMB、ABS-S、模拟电视
?冗余式电源，保证系统稳定可靠
?内置散热风扇，强制风冷散热
? 3.5寸液晶屏，中文显示设备温度、风扇状态、电源状态及板卡运行状态
?CA卡采用前插方式，方便拔插大、小卡，配备防尘挡片
?基于WEB的配置方式，无需安装其他软件即可完成配置
?所有类型接口卡、分析卡通过管理卡统一集中管理，可一键升级所有板卡
?单个接口卡最大功耗17W，CPU具备独立散热风扇。
?码流分析全面：带宽监测、290三级检测、表格分析
?集信号解调解扰、信道监测、TS监测、压缩转码、组播输出功能于一体
?支持数字/模拟信号信道参数的实时监测
?支持对TS流的带宽监测、290三级检测、表格分析、数据广播和EPG解析
?支持硬件压缩转码回传，支持D1、CIF分辨率，码率可调
?TS输出灵活（数字信号）：可选择原始码流或解扰后码流输出，支持MPTS拆分成多个SPTS输出。
EMS综合监测仪
EMS综合监测仪前面板
EMS综合监测仪后面板
监测模块
19
20