CN115914676A - 一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统，所述方法包括以下步骤：第一步：信号采集：对超高清视频信号进行采集；第二步：信号分析：对采集的超高清视频信号进行指纹提取；第三步：内容比对：将待比对的两路超高清视频信号指纹信息从任务队列中取出进行对齐处理，然后通过内容比对算法进行实时比对；第四步：仲裁切换与报警展示：检测到比对结果不一致后进行仲裁切换及报警，并展示比对结果。本发明弥补了对超高清视频信号的异常监测的空白，保障超高清视频信号的安全播出，提高整个系统安全性、兼容性，能够对超高清IP播出系统的所有信号进行实时监测和报警分析。

Description

一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统

技术领域

本发明属于广播电视技术领域，尤其涉及一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统。

背景技术

为了满足播出安全的要求，信号监测采用信号监测工具对信号进行查看，当信号异常时能实时报警，帮助值班员发现信号异常，从而及时进行应急处理。信号监测工具可以对信号视音频内容方面进行检测，并且对其逐个检测。

近年来，随着电视及视频媒体的飞速发展，用户对超高清视频的需求日益增加。在广播电视领域，对于超高清视频与高标清视频均具有较为严格的安全播出要求。而现有的信号监测工具，仅支持对标清、高清视频信号进行异常监测，由于超高清视频的播出属于新技术，目前还没有对超高清视频信号进行信号监测的工具和方法，因此如何对超高清视频信号进行监测比对的亟需解决的技术问题。

现有技术一般使用高清一致性比对检测软件，对信号进行视音频内容方面进行检测，播出系统通过采用卡I/O采集基带或IP高清信号到服务器的内存中，对采集到的媒体文件进行解码，获得解码后的媒体文件的指纹信息，包括媒体指纹和时间信息，将指纹信息发送至对比服务器，由对比服务器基于时间信息对参考源以及对比源的指纹信息进行对比，实现了视音频的一致性检测。

然而对于超高清视频信号来说，现有技术存在以下问题：

1、现有技术通过采用卡I/O采集基带或IP高清信号到服务器的内存中，不支持超高清视频信号采集；

2、现有技术仅支持标清、高清信号类型进行比对检测，在超高清IP播出系统中无法进行全链路检测。

发明内容

本发明的目的是提出一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

本发明公开一种超高清视频信号的实时监测比对方法，所述方法包括以下步骤：

第一步：信号采集：对超高清视频信号进行采集，包括对基带SDI信号进行采集，对基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流进行采集；

第二步：信号分析：首先对采集的超高清视频信号进行预处理，包括下变换处理和色调映射处理，然后对预处理后的信号进行指纹提取，并利用当前采集时间作为帧号时间，打入时间戳形成指纹信息，最后将提取的超高清视频信号指纹信息加入到比对任务队列中；

第三步：内容比对：将待比对的两路超高清视频信号指纹信息从任务队列中取出进行对齐处理，然后通过内容比对算法对超高清视频信号指纹信息进行实时比对；

第四步：仲裁切换与报警展示：检测到比对结果不一致后进行仲裁切换及报警，并展示比对结果。

进一步的是，所述下变换处理的具体过程为采用区域差值及高斯滤波算法，对采集到的YUV视频数据进行下采样处理，基于YUV的感知哈希值，避免下变换运动图像的行间闪烁、锯齿效应的影响，将原先的多个像素点缩放后用一个像素点表示。

进一步的是，所述色调映射处理的具体过程为采用色调映射算法，先对图像亮度进行映射，再进行颜色映射，所述颜色映射为通过原图像信息获取新的颜色信息，颜色映射采用公式：

其中，C和c分别表示色调映射前和色调映射后的颜色，L表示HDR图像亮度，T是色调映射后的亮度值，s是调节饱和度的参数。

进一步的是，所述指纹提取的具体过程为：对经过预处理的超高清视频信号帧数据计算分块亮度均值和亮度直方图，将计算结果拼接成一个向量，作为超高清视频信号的指纹。

进一步的是，所述内容比对算法的具体步骤为：

1)首先进行帧对齐，采用分段整体匹配方式，查找平均相似度最大位置，如果最大相似度大于设定的第一阈值，则认为对齐成功，否则进入下一次对齐流程；

2)对齐后逐帧计算两路信号指纹的相似度，若指纹相似度低于设定的第二阈值则认为两路信号不匹配，若连续不匹配的数量超过了容忍度，则认为两路信号不一致，报警并进入对齐流程，待对齐后再次进行逐帧比对。

进一步的是，所述第一阈值为90，所述第二阈值为80，所述容忍度为5帧。

本发明还公开一种超高清视频信号的实时监测比对系统，所述系统包括信号采集装置、信号分析装置、内容比对装置以及客户端；所述信号采集装置用于对超高清视频信号进行采集，所述信号分析装置用于对采集的超高清视频信号进行指纹提取，所述内容比对装置用于对提取的指纹信息进行比对，所述客户端用于仲裁切换、展示比对结果以及报警；

所述信号采集装置设有专业级SDI板卡、IP I/O板卡以及IP网卡，所述专业级SDI板卡用于采集基带SDI信号，所述IP I/O板卡与IP网卡用于采集基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流；

所述信号分析装置包括用于对采集的超高清信号进行预处理的下变换模块、色调映射模块，以及用于对经过预处理的信号进行指纹提取的指纹提取模块；所述下变换模块用于对信号进行下变换处理，所述色调映射模块用于对信号进行色调映射处理；

所述内容比对装置包括序列对齐模块与比对模块，所述序列对齐模块用于将待比对的两路超高清信号指纹信息进行对齐处理，所述比对模块用于对对齐后的两路超高清信号指纹信息进行实时比对；

所述客户端设有仲裁切换模块与报警展示模块，所述仲裁切换模块用于根据比对结果进行仲裁，并根据仲裁结果进行信号切换，所述报警展示模块用于展示比对结果以及声光报警。

本发明的有益效果是：本发明弥补了现有技术中对超高清视频信号的异常监测的空白，保障超高清视频信号的安全播出，研发先进的信号采集、编解码及指纹分析核心技术，实现超高清视频信号的实时检测，提高整个系统安全性、兼容性，能够对超高清IP播出系统的所有信号进行实时监测和报警分析。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述。

附图说明

图1为超高清视频信号的实时监测比对方法流程示意图；

图2为超高清视频信号的实时监测比对系统原理框图。

具体实施方式

本发明公开一种超高清视频信号的实时监测比对方法及系统，如图1所示，所述方法包括以下步骤：

第一步：信号采集：对超高清视频信号进行采集，对于基带SDI信号传输，采用专业级SDI板卡进行采集；对于基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流，采用IP I/O卡或IP网卡进行采集。对于未压缩的视频信号流，在信号处理过程中无需重新编码，可实现信号处理的实时性；对于压缩的视频信号流先进行解码再进行信号采集。

第二步：信号分析：首先对采集的超高清视频信号进行预处理，包括下变换处理和色调映射处理，然后对预处理后的信号进行指纹提取，并利用当前采集时间作为帧号时间，打入时间戳形成指纹信息，最后将提取的超高清视频信号指纹信息加入到比对任务队列中。

其中，下变换处理的具体过程为：对采集到的YUV视频数据进行下采样处理，由于超高清视频信号相较于高清视频信号图像分辨率从高清1920x1080提高至3840×2160、7680*4320，每帧画面超过800万像素点，量化比特由高清的8bit提高至10bit，采样更加密集，为保证后续计算和比对以及计算效率，采用区域差值及高斯滤波算法，对图像进行下采样处理，基于YUV的感知哈希值，保证对源的微弱变化的近临性，避免下变换运动图像的行间闪烁、锯齿等效应的影响，将原先的多个像素点缩放后用一个像素点表示。

色调映射处理过程具体为：超高清视频信号在色域方面由Rec.709提升至BT.2020，色彩空间也从SDR改为HDR，采用色调映射算法，先对图像亮度进行映射，再进行颜色映射，颜色映射为通过原图像信息获取新的颜色信息，颜色映射采用公式：

其中，C和c分别表示色调映射前和色调映射后的颜色，L表示HDR图像亮度，T是色调映射后的亮度值，s是调节饱和度的参数。

指纹提取的具体过程为：对经过预处理的超高清视频信号帧数据计算分块亮度均值和亮度直方图，将计算结果拼接成一个向量，作为超高清视频信号的指纹。

第三步：内容比对：将待比对的两路超高清视频信号指纹信息从任务队列中取出进行对齐处理，然后通过内容比对算法对超高清视频信号指纹信息进行实时比对，并对异常情况进行检测，一般是对主备两路信号进行比对检测，也可以是其他信号。

内容比对算法的具体步骤如下：

1)首先进行帧对齐，采用分段整体匹配方式，在附近查找平均相似度最大位置，如果最大相似度大于设定的第一阈值(参考值为90)，则认为对齐成功，否则进入下一次对齐流程；

2)对齐后逐帧计算两路信号指纹的相似度，若相似度低于设定的第二阈值(参考值为80)则认为两路信号不匹配，若连续不匹配的数量超过了容忍度(参考值为5帧)，则认为两路信号不一致，报警并进入对齐流程，待对齐后再次进行逐帧比对。

在信号比对过程中会对异常状况进行检测，异常检测项主要包括：黑场、静帧、视频丢失、彩场、彩条、台标丢失、测试图等特定场景。

第四步：仲裁切换与报警展示：当检测到两路信号比对结果不一致后进行仲裁切换，根据预先设定的比对策略，由比对软件进行仲裁，并根据仲裁结果，通过RS422串口或网络传输，给切换面板下发指令，控制四选一切换器进行信号切换及声光报警，并将比对结果、切换记录直观的呈现在展现页面上，同时展现页面配置的链路图能够直接展现出各监测节点实时画面。当信号出现故障时，能够在链路节点上进行展现，帮助客户快速定位问题点，协助客户解决故障问题。

所述超高清视频信号的实时监测比对系统包括信号采集装置、信号分析装置、内容比对装置以及客户端，如图2所示；所述信号采集装置用于对超高清视频信号进行采集，所述信号分析装置用于对采集的超高清视频信号进行指纹提取，所述内容比对装置用于对提取的指纹信息进行比对，所述客户端用于仲裁切换、展示比对结果以及报警；

所述信号采集装置设有专业级SDI板卡、IP I/O板卡以及IP网卡，所述专业级SDI板卡用于采集基带SDI信号，所述IP I/O板卡与IP网卡用于采集基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流；

所述信号分析装置包括用于对采集的超高清信号进行预处理的下变换模块、色调映射模块，以及用于对经过预处理的信号进行指纹提取的指纹提取模块；所述下变换模块用于对信号进行下变换处理，所述色调映射模块用于对信号进行色调映射处理；

所述内容比对装置包括序列对齐模块与比对模块，所述序列对齐模块用于将待比对的两路超高清信号指纹信息进行对齐处理，所述比对模块用于对对齐后的两路超高清信号指纹信息进行实时比对；

所述客户端设有仲裁切换模块与报警展示模块，所述仲裁切换模块用于根据比对结果进行仲裁，并根据仲裁结果进行信号切换，所述报警展示模块用于展示比对结果以及声光报警。

上述系统的硬件架构包括一台一致性比对服务器、一台控制面板、一台四选一服务器,一致性比对服务器上部署一致性比对软件，一致性比对软件是系统的核心，能够对多路超高清信号进行比对，一致性比对平台为CS+BS架构，其中CS主要进行后台的技审比对处理以及集中控制，BS则作为前台汇聚展现软件，对CS输出的信号比对结果进行前台的展现。

最后应说明的是，以上所述仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

第一步：信号采集：对超高清视频信号进行采集，包括对基带SDI信号进行采集，对基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流进行采集；

第二步：信号分析：首先对采集的超高清视频信号进行预处理，包括下变换处理和色调映射处理，然后对预处理后的信号进行指纹提取，并利用当前采集时间作为帧号时间，打入时间戳形成指纹信息，最后将提取的超高清视频信号指纹信息加入到比对任务队列中；

第三步：内容比对：将待比对的两路超高清视频信号指纹信息从任务队列中取出进行对齐处理，然后通过内容比对算法对超高清视频信号指纹信息进行实时比对；

第四步：仲裁切换与报警展示：检测到比对结果不一致后进行仲裁切换及报警，并展示比对结果。

2.根据权利要求1所述一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述下变换处理的具体过程为采用区域差值及高斯滤波算法，对采集到的YUV视频数据进行下采样处理，基于YUV的感知哈希值，避免下变换运动图像的行间闪烁、锯齿效应的影响，将原先的多个像素点缩放后用一个像素点表示。

3.根据权利要求1所述一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述色调映射处理的具体过程为采用色调映射算法，先对图像亮度进行映射，再进行颜色映射，所述颜色映射为通过原图像信息获取新的颜色信息，颜色映射采用公式：

其中，C和c分别表示色调映射前和色调映射后的颜色，L表示HDR图像亮度，T是色调映射后的亮度值，s是调节饱和度的参数。

4.根据权利要求1所述一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述指纹提取的具体过程为：对经过预处理的超高清视频信号帧数据计算分块亮度均值和亮度直方图，将计算结果拼接成一个向量，作为超高清视频信号的指纹。

5.根据权利要求1所述一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述内容比对算法的具体步骤为：

1)首先进行帧对齐，采用分段整体匹配方式，查找平均相似度最大位置，如果最大相似度大于设定的第一阈值，则认为对齐成功，否则进入下一次对齐流程；

2)对齐后逐帧计算两路信号指纹的相似度，若指纹相似度低于设定的第二阈值则认为两路信号不匹配，若连续不匹配的数量超过了容忍度，则认为两路信号不一致，报警并进入对齐流程，待对齐后再次进行逐帧比对。

6.根据权利要求5所述一种超高清视频信号的实时监测比对方法，其特征在于，所述第一阈值为90，所述第二阈值为80，所述容忍度为5帧。

7.一种实现权利要求1至6任一所述方法的超高清视频信号的实时监测比对系统，其特征在于，所述系统包括信号采集装置、信号分析装置、内容比对装置以及客户端；所述信号采集装置用于对超高清视频信号进行采集，所述信号分析装置用于对采集的超高清视频信号进行指纹提取，所述内容比对装置用于对提取的指纹信息进行比对，所述客户端用于仲裁切换、展示比对结果以及报警；

所述信号采集装置设有专业级SDI板卡、IPI/O板卡以及IP网卡，所述专业级SDI板卡用于采集基带SDI信号，所述IP I/O板卡与IP网卡用于采集基于2110标准的无压缩IP信号流、压缩TS信号流；

所述信号分析装置包括用于对采集的超高清信号进行预处理的下变换模块、色调映射模块，以及用于对经过预处理的信号进行指纹提取的指纹提取模块；所述下变换模块用于对信号进行下变换处理，所述色调映射模块用于对信号进行色调映射处理；

所述内容比对装置包括序列对齐模块与比对模块，所述序列对齐模块用于将待比对的两路超高清信号指纹信息进行对齐处理，所述比对模块用于对对齐后的两路超高清信号指纹信息进行实时比对；

所述客户端设有仲裁切换模块与报警展示模块，所述仲裁切换模块用于根据比对结果进行仲裁，并根据仲裁结果进行信号切换，所述报警展示模块用于展示比对结果以及声光报警。

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