CN102082955A - 基于视音频比对技术的安全播出监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于视音频比对技术的安全播出监测系统，包括：提供播出信号源的设备、信号的主播出切换设备、信号的备播出切换设备、对主播出切换设备输出和备播出切换设备输出的信号自动切换设备、信号接收的播出信号接收设备；在上述设备任意两路信号输出之间接入了用于对所述设备中的两路信号进行比对的两路信号比对装置。本发明产生的有益效果：通过引进两路信号比对装置，在播出频道分控系统内部，实现了对末级播出信号音频技术指标的客观分析；扩大了安全播放监测的范围，不再受到人为主观判断能力的限制，使播出系统的安全性有了进一步的发展；实现了对播出末级信号异常的自动发现、快速报警，及及时处理，有效避免了播出事故的发生，提高了播出的安全性。

Description

基于视音频比对技术的安全播出监测系统

技术领域

本发明涉及一种基于视音频比对技术的安全播出监测系统，是一种计算机网络环境下播出频道分控系统内部对于末级信号进行分析、比对和报警的系统，是一种面向电视台播出系统的安全播出监测技术。 

背景技术

通常情况下，电视台在设计和建设播控系统的时候，播出安全性是首要考虑的因素，安全播出是每个电视台播出系统的最终目标。对于播出分控系统而言，播出系统的安全性可以通过各种方式来实现，比如对于系统内部的核心设备采用冗余备份的结构，避免出现单一溃点；通过改进应用程序优化播出信号调度的控制逻辑、提高控制精度，还可以增加一些自动故障处理机制。另外，衡量一个播出频道分控系统是否具有全面的安全性，还体现在播出末级信号的分析、比对和报警能力是否准确和及时。目前，电视台播出频道分控系统仍然采用比较原始的末级信号监测方式，通过信号监视设备和检测设备实现播出末级信号的监控，完全依靠播出人员的主观判断发现故障，并进行应急处理，无法保证频道分控系统播出的高安全性和高可靠性。

传统的播出频道分控系统，为了保证播出信号的安全性，通常采取冗余播出切换设备的结构，配合信号监视设备和信号监测仪器对末级播出信号进行监控和分析，具体的实现方式如下：

播出频道分控系统内部主要的播出信号源包括：视频服务器信号、应急录像机信号，以及线路信号。其中，视频服务器信号作为电视台播出的主要节目信号源覆盖了80%左右的日常节目，由主视频服务器播出信号和备视频服务器播出信号构成；应急录像机信号，通常用于应急情况下的磁带播出，例如时效性新闻，无法通过正常的节目备播流程采集并迁移至视频服务器进行播出，直接采用磁带介质进行应急播出；线路信号通常包括了演播室信号、直播信号，及固定的测试信号。上述播出信号源送给视频分配器进行视音频信号分配，然后按照频道分控系统预先定义的信号源顺序，分别连接到主、备播出切换设备的信号输入端。此处，主播出切换设备通常为切换矩阵（或切换台），备切换设备通常为切换矩阵。频道分控系统内部使用的播出切换矩阵为专业视音频信号切换设备，通常具有多路视频信号输入和两路信号输出，其中一路信号输出（PST），用于进行信号预监，另外一路信号输出（PGM）为正在播出信号。播出切换台除了具有上述切换矩阵的功能之外，还可以对PGM信号进行音频限幅调整，并叠加台标、字幕等键信号。由主、备播出切换设备输出的PGM信号，送给视频分配器进行视音频信号分配，然后分别送给末端信号自动切换设备以及信号监视设备。

播出频道分控系统通常采用的信号监视设备为多画面分割器，可以同时实现对多路视音频信号的监控，这里主要完成对分控系统主、备播出切换设备输出的PGM信号的实时监控。播出人员值班人员通过该设备监视视频信号的状态，通过设备提供的VU表监控立体声音频的状态，一旦发现异常立即采取播出应急处理措施，保证安全播出。

播出频道分控系统末端通常采用的信号自动切换设备为3x1视音频切换开关，提供两路播出视音频信号输入、一路辅助信号输入和一路视音频信号输出。3x1切换开关支持手动切换和自动切换两种方式：手动模式，通常情况下由工作人员通过控制面板或应用软件，根据主备播出切换矩阵输出的PGM信号的状态，手动控制末端切换设备完成输出信号的倒换；自动模式，依靠3x1视音频切换开关预置的报警阈值，对主、备路视音频信号的载波、SDI锁定、行制式、EDH和嵌入音频、数据的有无进行检测，通过内部信号分析处理机制完成主、备播出切换矩阵PGM信号的自动倒换。

末端信号自动切换设备的输出信号送给后端的信号传输系统，完成播出信号的传送和发布。

另外，在对播出信号质量要求比较高的情况下，在播出频道分控系统末端信号自动切换设备之后，增加专业的视音频信号监测仪器，用来分析音频信号参数和视频信号指标，满足对播出信号的技术监督需求。

目前，电视台播出频道分控系统普遍采用上述信号监控和监测技术，由于缺少必要的视音频信号安全播放监测方法，完全依靠人工对播出信号的状态进行主观判断和应急处理，存在的问题描述如下：

对于播出频道分控系统末级信号的监控和监测，需要播出人员实时监看主、备播出切换矩阵的PGM信号是否正常。为了保证安全播出，要求播出人员能够对末级信号异常及时发现、及时处理，因此播出人员所承受的压力很大。如果工作人员稍有疏忽，没有发现播出末级信号出现异常，就会导致最终的播出画面出现黑场、静帧等播出事故。而且，在这种精神长期处于紧张状态的情况下，即使能够及时发现末级播出信号异常，也容易在进行播控应急处理的时候发生人为误操作的事故。另外，对于频道分控系统的末级播出信号，若信号某些技术指标出现问题，例如音频信号左右声道差异过大、反相，视频信号一段时间内持续静帧，类似这种信号异常的情况根本无法通过人工主观判断发现，势必影响到最终播出的质量，无法满足安全播出的要求。 

发明内容

为了解决上述问题，本发明提出了基于视音频比对技术的安全播出监测系统，该系统加入了两路信号比对装置，通过对两路信号画面内容比对，实现对播出末级信号的分析、比对和报警，当两路末级信号比对出现明显差异时，则通过以太网向分控系统内部的相关工作站发送报警处理信息。

本发明的方案是：基于视音频比对技术的安全播出监测系统，包括：提供播出信号源的设备、播出信号的主播出切换设备、播出信号的备播出切换设备、对主播出切换设备输出和备播出切换设备输出的信号自动切换设备，以及接收播出信号设备；其中，在上述设备任意两路信号输出之间接入了用于对所述设备中的两路信号进行比对的两路信号比对装置；所述两路信号比对装置包括：用于与两路信号比对结果进行比较的阈值寄存器和用于将两路信号比对结果与阈值比较的结果进行发送的消息服务寄存器。

所述的两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和备播出切换设备播出信号的比对装置。

所述两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和播出信号源，以及用于备播出切换设备播出信号和播出信号源的比对装置。

所述两路信号比对装置是用于自动切换设备播出信号和接收播出信号设备接收下来的回传信号的比对装置。

所述的阈值寄存器包括：音频差异阈值寄存器、视频差异阈值寄存器和比对范围差异阈值寄存器。

本发明产生的有益效果：

1.通过引进两路信号比对装置，在播出频道分控系统内部，实现了对末级播出信号音频技术指标的客观分析；通过主、备路信号比对，当差异超过允许的阈值范围时立即报警，提示播出人员采取必要的应急处理操作。

2.本发明是对传统信号监视和监测方法的重大变革，扩大了安全播放监测的范围，不在受到人为主观判断能力的限制，使播出系统的安全性有了进一步的发展；

3.改变了播出人员根据末级信号状态进行播出应急处理的传统操作模式，极大的减轻了电视台播出人员的工作量和精神压力，实现了对播出末级信号异常的自动发现、快速报警，及及时处理，有效避免了播出事故的发生，提高了播出的安全性。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明主、备路末级信号比对的安全播出监测系统示意图；

图2是比对装置内部结构示意图；

图3是主、备路末级信号与信号源比对的安全播出监测系统示意图；

图4是自动切换设备输出信号与接收设备回传信号比对的安全播出监测系统示意图。

具体实施方式

实施例一：

基于视音频比对的安全播出监测系统实施例，参见图1和图2，所述安全播出监测系统包括：用于提供播出信号源的设备1，播出信号源设备包括：提供绝大部分节目信号的视频服务器1-1、提供应急信号的录像机1-2，以及提供直播或转播的线路信号1-3；与该设备连接的有用于播出信号的主播出切换设备2；该设备还连接有用于播出信号的备播出切换设备3；在主、备播出切换设备后面连接有用于对主播出切换设备输出和备播出切换设备输出的信号自动切换设备4；信号自动切换设备的后面连接有用于接收播出信号的设备5；所述安全播放监测系统中还包括用于对所述设备中的两路信号进行比对的两路信号比对装置6，两路信号比对装置连接在上述设备任意两路信号输出之间；所述两路信号比对装置包括：用于与两路信号比对结果进行比较的阈值寄存器6-1；用于将两路信号比对结果与阈值比较的结果进行发送的消息服务寄存器6-2。

所述的阈值寄存器包括：音频差异阈值寄存器，视频差异阈值寄存器，及比对范围差异阈值寄存器。

所述的音频差异阈值寄存器包括：立体声左声道电平过低或过高阈值寄存器、立体声右声道电平过低或过高阈值寄存器、左右声道差异阈值寄存器。

所述的视频差异阈值寄存器包括：YUV分量差值的算术平均值差异阈值寄存器、YUV分量中的Y分量差值差异阈值寄存器、峰值信噪比值差异阈值寄存器、视频水印差异阈值寄存器。

所述的比对范围阈值寄存器用于存储两路信号的比对范围差异阈值（以帧为单位，25帧/秒），针对两路信号存在明显延时量情况设定的差异阈值。

本实施例是基于视音频比对的安全播放监测系统的第一种连接方式，所述的两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和备播出切换设备播出信号的比对装置，所述的两路信号比对装置与主播出切换设备播出信号和备播出切换设备播出信号连接。

实施例中，提供电视台信号的视频服务器作为电视台播出的主要节目信号源覆盖了80%左右的日常节目；应急信号录像机通常用于应急情况下的磁带播出，例如时效性新闻，无法通过正常的节目备播流程采集并迁移至视频服务器进行播出，直接采用磁带介质进行应急播出；线路信号通常包括了演播室直播信号、转播信号，及固定的测试信号。上述播出信号源送给视频分配器进行视音频信号分配，然后按照频道分控系统预先定义的信号源顺序，分别连接到主、备播出切换设备的信号输入端。此处，需要对主、备播出视频服务器的信号源连接方式进行特殊处理，即对于主播出切换设备而言，信号源连接顺序为先接主视频服务器信号、后接备视频服务器信号、其他信号源顺序依次排列；对于备播出切换设备而言，信号源连接顺序为先接备视频服务器信号、后接主视频服务器信号、其他信号源顺序依次排列；采用这样的信号连接方式，对于80%的节目可以实现由主播出切换设备输出的主视频服务器播出信号与备播出切换设备输出的备视频服务器播出信号进行比对。此处，主播出切换设备通常为切换矩阵（或切换台），备切换设备通常为切换矩阵。频道分控系统内部播出切换矩阵是专业视音频信号切换设备，通常具有多路视频信号输入和两路信号输出，其中一路信号输出（PST），用于进行信号预监，另外一路信号输出（PGM）为正在播出信号。播出切换台除了具有上述切换矩阵的功能之外，还可以对PGM信号进行音频限幅调整，并叠加台标、字幕等键信号；切换台输出处理后的PGM信号，还可以提供未进行处理的CleanFeed信号。本实施例由主、备播出切换设备输出的PGM信号（CleanFeed信号）作为末级信号送给视频分配器7进行视音频信号分配，其中一路主路末级信号送给后端信号自动切换设备，另外一路主路末级信号送给两路信号比对装置；同样，其中一路备路末级信号送给后端信号自动切换设备，另外一路备路末级信号送给两路信号比对装置。

两路信号比对装置进行基于视音频信号的客观分析、比对，并根据比对结果进行及时报警。两路信号比对装置除了包含用于与两路信号比对结果进行比较的阈值寄存器6-1、用于将两路信号比对结果与阈值比较的结果进行发送的消息服务寄存器6-2外，还包含内容比对工作站6-5，以及消息服务器6-6。上述内容比对工作站6-5，包含A路视音频信号输入模块6-3与B路视音频信号输入模块6-4。实施例中，A路视音频信号输入模块6-3用于接收频道分控系统的主路末级播出信号，B路视音频信号输入模块6-4用于接收频道分控系统的备路末级播出信号。内容比对工作站6-5与消息服务器6-6之间通过网络进行连接。所述的阈值寄存器服务于内容比对工作站，消息服务寄存器服务于消息服务器。内容比对工作站根据阈值寄存器中存储的比对范围阈值，在内存缓冲区中对接收到的主、备路末级播出信号进行累积，达到比对范围阈值之后，按照时序完成音频信号的客观比对，及视频信号的客观比对。

音频信号的比对内容主要包括：主、备路末级信号音频之间相似度比较、立体声左声道电平过低（或过高）、立体声右声道电平过低（或过高）、左右声道差异过大、响度比较、静音检测、千周检测等等。

视频信号比对可及时发现视频信号之间的差异，视频信号差异通常由于信号故障引起。常见的信号故障包括了黑场、蓝场、绿场、100%饱和度彩条、75%饱和度彩条、视频静帧、视频乱序、马赛克，及台标丢失等等。

对于主、备路末级信号的比对，可以预先设置允许的差异阈值范围，例如在连续4帧之内视频画面存在明显差异，不需要进行自动报警；相反，视频差异持续超过4帧，则进行自动报警。画面比对工作站对主、备路末级信号进行比对的过程中，一旦发现音频差异超过允许的阈值范围，或视频差异超过允许的差异阈值范围，则立即通过以太网对外发布报警消息。画面内容比对系统内部，专门配置了用于进行消息转发的消息服务器，接收到报警消息之后立即进行转发。播出频道分控系统内部预订了末级信号比对报警消息的工作站，例如播控工作站、监控工作站，收到上述报警消息后，立即在应用软件界面中弹出提示信息，通知播出人员进行必要播控应急操作。播出人员发现报警信息之后，只需要对报警内容进行简单分析，在原有信号监视设备的辅助下，就可以判断是否需要手动控制末端的信号自动切换设备进行主、备路末级播出信号倒换操作。

采用播出末级信号比对的两路信号比对装置，一方面杜绝了末级信号异常的漏报情况，做到及时发现、快速报警，人工定位及时处理，提高了播出的安全性；另一方面，减轻了播出人员的工作压力，避免由于人为误操作，导致播出事故的发生。

实施例二：

基于视音频比对的安全播放监测系统第二种连接方式实施例，参见图3和实施例1，所述两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和播出信号源的比对装置，以及用于备播出切换设备播出信号和播出信号源的比对装置。

播出信号源设备除了包括：视频服务器、录像机、线路信号之外，还配置有安全播放监测的信号监测调度矩阵1-4。上述播出信号源分别送给视频分配器进行视音频信号分配，经过分配之后每路信号源提供3路信号。其中，第一路信号按照频道分控系统预先定义的信号源顺序，连接到主播出切换设备的信号输入端；第二路信号按照相同顺序连接到备播切换设备的信号输入端；第三路信号按照信号源顺序送给信号监测调度矩阵，该矩阵可以是独立配置的切换矩阵，也可以是原有播控系统中用于信号集中调度和控制的总控矩阵。上述信号监测调度矩阵需要提供两路输出信号，分别送给主播出两路信号比对装置和备播出两路信号比对装置，主、备路末级信号分别送给主播出两路信号比对装置和备播出两路信号比对装置，实现主、备路播出信号和播出信号源的比较。

主播出切换矩阵（或切换台）的PGM输出，送给视频分配器，经过分配之后一路信号送给末端信号自动切换设备；另一路送给主播出两路信号比对装置。备播出切换矩阵的PGM输出，送给视频分配器，经过分配之后一路信号送给末端信号自动切换设备；另一路送给备播出两路信号比对装置。此处讨论的主播出切换设备，如果是播出切换台则PGM信号为CleanFeed输出。这样，在频道分控系统内部，主播出两路信号比对装置完成对主路末级信号与信号源的比对；备播出两路信号比对装置完成对备路末级信号与信号源的比对。

本实施例主、备播出控制矩阵，由播控工作站进行控制，依据节目单按照节目的开播时间，完成视频服务器信号源、应急录像机信号源，及线路信号源切换调度。另外，信号监测调度矩阵同样由分控系统的播控工作站进行控制，相同的播出信号源接入该矩阵的矩阵输入端，矩阵提供两路输出信号分别接入主播出两路信号比对装置和备播出两路信号比对装置。这两路用于信号源比对的专用输出信号，完全按照节目单实现播出信号源切换控制。这样，保证了两路信号比对装置各自的输入信号源是完全相同的。另外，在播控工作站上面，还可以根据节目单实现特殊类型信号的比对。通过修改软件设置，可以从节目单中过滤出视频服务器类型的节目或线路类型的节目，仅针对该某类型的信号进行比对。经过特殊处理之后，即使其他类型的信号比对存在差异，也不进行报警提示，这样处理切合用户实际使用需求。

主播出两路信号比对装置接收主路末级播出信号，对视音频信号的技术指标进行客观分析；两路信号比对装置同时接收频道分控系统的信号源，对视音频信号的技术指标进行客观分析。内容比对工作站接收到主路末级播出信号、信号源的分析数据之后，按照时序完成音频信号的客观比对，及视频信号的客观比对。

主播出两路信号比对装置对主路末级信号和信号源进行比对的过程中，一旦发现音频差异超过允许的阈值范围，或视频差异超过允许的阈值范围，则立即通过以太网对外发布报警消息。消息服务器接收到报警消息之后立即进行转发。播出频道分控系统内部订阅末级信号比对报警消息的工作站，例如播控工作站、监控工作站，收到上述报警消息后，立即在应用软件界面中弹出提示信息，通知播出人员主画面内容比对发现异常，需要进行必要的播控应急操作。此时，播出人员还需要参考备两路信号比对装置的消息通知。

备播出两路信号比对装置采用相同的流程对备路末级信号与信号源进行比对，并及时发布信号比对差异的消息。

如果主播出两路信号比对装置没有任何提示，而备播出两路信号比对装置发出信号比对差异报警，则说明主路末级信号正常，播出人员不需要进行应急处理。

如果主播出两路信号比对装置发出信号比对差异报警，而备播出两路信号比对装置没有任何提示，则说明备路末级信号正常，播出人员可以根据实际情况执行必要的播出应急操作。手动控制末端的信号自动切换设备进行主、备路末级播出信号倒换操作。

如果主播出两路信号比对装置与备播出两路信号比对装置同时发出信号比对差异报警，那么播出人员需要综合判断播出末级信号的状态，根据实际情况执行必要的播出应急操作。当主、备路末级信号同时出现异常时，可以手动控制末端的3x1切换开关，将最终输出信号切换至辅助信号，保证播出安全。

实施例三：

由于数字媒体具有易于无损拷贝和修改的特点，使得数据篡改更加容易。而且，传输链路中的设备故障也会不同程度的造成画面破损，色度、亮度分量丢失，编解码及传输过程中数据块损坏造成的马赛克等。为了检测接收端的视频信号是否被恶意篡改，可以通过对比原始播出信号和接收端的回传信号加以判断。

因此本实施例是基于视音频比对的安全播放监测系统第三种连接方式，参见图4和实施例1，所述两路信号比对装置是用于自动切换设备播出信号和播出信号接收设备回传信号的比对装置。

播出频道分控系统的主、备路末级信号送给后端信号自动切换设备，播出系统中普遍采用的信号自动切换设备为3x1视音频切换开关，提供两路播出视音频信号输出、一路辅助信号输出和一路视音频信号输出。另外，通常提供两路分配后的输出信号用于信号监视，其中一路接入两路信号比对装置，用于和回传信号进行比对。

频道分控系统的最终输出信号送给信号传送系统，采用不同的方式进行信号传输8。本实施例是卫星传输方式，其他信号传输方式原理基本相似。播出基带信号经过编码之后发射，通过卫星传输，在为卫星信号接收机的后端，本实施例通过机顶盒对接收下来的卫星信号进行解码，并将解码后的回传信号送给两路信号比对装置。

此处，由于回传信号经过卫星传输，经过编码、发射、接收，及解码等过程，相对于频道分控系统输出信号存在明显的延时量。因此，需要根据回传信号和分控系统输出信号的延时量，给出两路视、音频信号比对范围的经验值，即比对范围阈值，该参数存储在阈值寄存器内。假设回传信号与分控系统输出信号的延时量在2秒钟左右，以帧（25帧/秒）为单位进行换算的结果为50帧左右，考虑一定的容忍范围，可以将比对范围阈值设置为75帧。实际运行过程中，A路视音频信号输入模块与B路视音频信号输入模块接收的信号在内存缓冲区内进行累积，达到设置的比对范围阈值即75帧之后，内容比对工作站按照时序开始进行视频信号比对和音频信号比对。

常规情况下，回传信号与播出信号内容一致，只是存在传输延时，那么内容比对工作站采用信号比对算法得出的比对结果将输出信号的具体延时量，可以精确到帧。极端情况下，回传信号在传输过程中因外界干扰或设备故障等原因导致信号质量明显下降，内容比对工作站采用信号比对算法对两路信号进行客观比对，一旦比对结果的音频差异超过允许的阈值范围，或视频差异超过允许的阈值范围，则立即通过以太网对外发布报警消息。消息服务器接收到报警消息之后立即进行转发，通知播出系统中订阅频道分控系统输出信号与回传系统比对报警消息的工作站。上述工作站收到报警消息后，立即在应用软件界面中弹出提示信息，通知相关业务人员信号比对发现异常，需要进行必要的播控应急操作。例如，通过比对报警发现卫星信号被篡改，则可以快速通知卫星地球站的值班人员对异常情况进行处理，采取加大功率或改变频点的方式进行卫星信号传输，保证信号的播出安全，实现安全播出监测的目标。

综上所述，基于视音比对的安全播放检测系统为电视台信号监视和监测技术带来了重大变革，扩大了信号监测的范围，提高了信号比对的准确性。通过客观的检测和分析，摆脱了人的主观判断能力的限制，使播出系统的安全性有了进一步的发展。而且，极大的减轻了电视台播出人员的工作量和精神压力，实现了对播出末级信号、回传信号异常的自动发现、快速报警，及时处理，有效避免了播出事故的发生提高了播出的安全性。 

Claims (5)

1. 基于视音频比对技术的安全播出监测系统，包括：提供播出信号源的设备、播出信号的主播出切换设备、播出信号的备播出切换设备、对主播出切换设备输出和备播出切换设备输出的信号自动切换设备，以及接收播出信号设备；其特征在于，在上述设备任意两路信号输出之间接入了用于对所述设备中的两路信号进行比对的两路信号比对装置；所述两路信号比对装置包括：用于与两路信号比对结果进行比较的阈值寄存器和用于将两路信号比对结果与阈值比较的结果进行发送的消息服务寄存器。

2.根据权利要求1所述的基于视音频比对技术的安全播出监测系统，其特征在于，所述的两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和备播出切换设备播出信号的比对装置。 

3.根据权利要求1所述的基于视音频比对技术的安全播出监测系统，其特征在于，所述两路信号比对装置是用于主播出切换设备播出信号和播出信号源，以及用于备播出切换设备播出信号和播出信号源的比对装置。 

4.根据权利要求1所述的基于视音频比对技术的安全播出监测系统，其特征在于，所述两路信号比对装置是用于自动切换设备播出信号和接收播出信号设备接收下来的回传信号的比对装置。 

5.根据权利要求1所述的基于视音频比对技术的安全播出监测系统，其特征在于，所述的阈值寄存器包括：音频差异阈值寄存器、视频差异阈值寄存器和比对范围差异阈值寄存器。

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