CN2768327Y - 一种数字信号传输的码流比对装置及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种数字信号传输的码流比对装置及系统。其通过从数字信号发射端采集上行前的码流；从数字信号接收端采集下行码流；将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出。以实现对传输系统设备工作状态的实时监测及自动化管理，并实现对信号受干扰情况的自动监测，在图像质量出现劣化前，自动发出预警信息，自动确认干扰信号种类，并采取相应策略。现场数据实时记录和事后回放，实现安全播出的技术保障。

Description

一种数字信号传输的码流比对装置及系统

技术领域

本实用新型属于通信技术，其特别涉及卫星数字信号传输中干扰信号的监测和分辨，具体的讲是一种数字信号传输的码流比对装置及系统。

背景技术

在卫星电视系统中，为保障正常、安全播出，提高播出质量，各地上行站需要建立设备自动管理系统和安全播出监控系统。

电视台的节目通过卫星覆盖全国，卫星广播电视传输网络的安全，直接关系到国家安全、社会稳定以及广播电视宣传工作的正常进行，加强卫星电视安全播出的管理，特别是技术质量的监测十分必要。

卫星播出系统有视音频切换器、编码器、复用器、调制器、上变频器，高功放和波导切换器等，其中有些设备自带独立的控制工作站，有些没有智能控制监测设备。实现统一的设备监测及管理平台能够大幅度的降低人员劳动强度，保证安全可靠的播出。

目前采用人工的方式观察频谱仪和电视解码图像来监测干扰或攻击情况，存在劳动强度大，许多情况下频谱和图像信号不能准确的反映信号受到干扰的情况，不能提供足够的预警信息，造成了工作被动。

由于人为攻击广播电视卫星的情况时有发生，因此卫星电视监测工作也面临着新的挑战。这便需要提供一种能够在第一时间监测到误码率异常，第一时间看到受干扰的音视频图像信息，第一时间产生报警信息的卫星数字传输的技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种数字信号传输的码流比对装置及系统。以实现对传输系统设备工作状态的实时监测及自动化管理，并实现对信号受干扰情况的自动监测，在图像质量出现劣化前，自动发出预警信息，自动确认干扰信号种类，并采取相应策略。现场数据实时记录和事后回放，实现安全播出的技术保障。

本实用新型的技术方案为：一种数字信号传输的码流比对装置，其包括：至少两个采集卡，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；

与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出。

所述的控制器为工控机，所述的采集卡插入所述工控机的PCI扩展插槽中。

所述的控制器为工控机，所述的工控机将处理结果由本地界面视频和/或音响输出；或者由本地数字、模拟及开关量控制输出；或者通过以太网口输出；或者通过串行接口控制命令输出。

所述的控制器为工控机，所述的工控机中设有同步单元，该同步单元根据对所述码流内部的时间信息的比对，使所述的上行前的码流与下行码流准确同步。

所述的工控机包括：码流输入监测单元，用于判断所述的上行前的码流与下行码流的两路码流是否有输入，监测连续的同步包头，确认是否是传输流信号，并得到码率；查看传输包中的错误指示，丢弃有错误标志的传输包；同步及比对单元：在所述的两路码流中寻找同样包标识符(PID)编号的具有相同连续计数位置的传输包，比较节目时钟参考(PCR)、解码时间标志(PTS)、显示时间标志(DTS)是否一致，如不一致，在前后寻找，直至发现一致；如一致时，逐比特比较传输包内的内容；输出单元，根据比对结果得到传输流误码率；将传输流误码率传送给上层。

本实用新型还提供了一种数字信号传输的码流比对系统，其包括：

码流比对装置：由至少两个采集卡和一控制器组成，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出；

与所述的码流比对装置相耦合的误码率监测及控制平台：由WEB及监测服务器、频谱场强仪、警告模块、数据存储及发布模块、多用户服务管理系统模块、实时告警信息发布模块组成；

与所述的误码率监测及控制平台相耦合的频谱监测装置，由频谱监测数据采集模块、频谱监测数据发布模块、频谱发布数据存储模块组成；

与所述的误码率监测及控制平台相耦合的设备联动装置，由数据触发信号模块、放大器、设备联动控制模块组成。

本实用新型的有益效果在于，通过提供一种数字信号传输的码流比对装置及系统。实现对传输系统设备工作状态的实时监测及自动化管理，并实现对信号受干扰情况的自动监测，在图像质量出现劣化前，自动发出预警信息，自动确认干扰信号种类，并采取相应策略。现场数据实时记录和事后回放，实现安全播出的技术保障。

附图说明

图1为本实用新型的码流比对装置结构框图；

图2为本实用新型的码流比对装置在系统中的应用示意图；

图3为本实用新型的码流比对装置具体实施的原理图；

图4为确认传输内容与播出内容一致性检测流程图；

图5为数字有线电视前端节目确认流程图；

图6为多卫星覆盖的一致性检测流程图；

图7为卫星上行站控制系统。

具体实施方式

下面结合附图说明本实用新型的具体实施方式。如图1所示，为一种数字信号传输的码流比对装置，其包括：至少两个采集卡，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出。

所述的控制器为工控机，所述的采集卡可以插入工控机底板上的PCI扩展插槽中；所述的工控机将处理结果由本地界面视频和/或音响输出；或者由本地数字、模拟及开关量控制输出；或者通过以太网口输出；或者通过串行接口控制命令输出。

如图2所示，把所述的码流比对装置接入监测系统，其中QPSK调制器与QPSK解调器之间为发射地球站与卫星链路，播出机构可以确认其节目传输效果。

如图3所示，为所述码流比对装置的实施例，其中：输入数据格式为，MPEG2传输流188/204包长；接口为，异步串行接口(ASI)、同步并行接口(SPI)；速率＜60Mbps；两路数据相对延迟时间＜10秒。

输出包括：本地显示器图形文字显示及音响；比对数据通过100M以太网输出；通过RS-232接口送出控制命令；通过选配的控制量输出板，送出应用系统需要的数字、模拟及开关量控制信号。

所有输入、输出端口都位于设备后面板。

比对装置结构为工业控制用计算机+内置传输流采集卡的方式。

所用工业控制计算机为可扩展板卡的型号，扩展板卡的总线插槽为符合标准的PCI2.1要求的插槽。

两块采集板卡的结构完全一致，电路采用专用的接口芯片，大容量数据缓存采用FIFO(先入先出存储器)，PCI桥采用专门的桥电路芯片，中央控制逻辑电路采用大规模可编程逻辑阵列(FPGA)实现。

所述的工控机中设有同步单元，该同步单元根据对所述码流内部的时间信息的比对，使所述的上行前的码流与下行码流准确同步。

所述的工控机包括：码流输入监测单元，用于判断所述的上行前的码流与下行码流的两路码流是否有输入，监测连续的同步包头，确认是否是传输流信号，并得到码率；查看传输包中的错误指示，丢弃有错误标志的传输包；同步及比对单元：在所述的两路码流中寻找同样包标识符(PID)编号的具有相同连续计数位置的传输包，比较节目时钟参考(PCR)、解码时间标志(PTS)、显示时间标志(DTS)是否一致，如不一致，在前后寻找，直至发现一致；如一致时，逐比特比较传输包内的内容；输出单元，根据比对结果得到传输流误码率；将传输流误码率传送给上层。

比较结果输出形式：

1、本地界面视频及音响输出；

2、本地数字、模拟及开关量控制输出；

3、100M以太网输出；

4、RS-232控制命令输出。

比较结果内容：

1、报警信息：包括没有码流输入、没有同步、两路码流无法同步、内容比较不一致超过设定门限值；

2、数据信息：两路码流速率、两路码流的相对延迟时间、单位时间内不一致的传输包的数量。

设备环境：

代理监测设备：4U工控机，两块采集卡；

支持软件：操作系统window2000、开发工具VC++6.0；

接口：数据通信协议为TCP/IP(socket，snmp协议)。

如图7所示，为一种数字信号传输的码流比对系统，码流比对装置：由至少两个采集卡和一控制器组成，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出；

与所述的码流比对装置相耦合的网络服务器和监控系统平台：其由WEB及监测服务器、频谱场强仪、警告模块、数据存储及发布模块、多用户服务管理系统模块、实时告警信息发布模块组成；

与所述的监控系统平台相耦合的频谱监测装置，由频谱监测数据采集模块、频谱监测数据发布模块、频谱发布数据存储模块组成；

与所述的监控系统平台相耦合的设备联动装置，由数据触发信号模块、放大器、设备联动控制模块组成。

其中码流比对装置的一个采集端接入卫星上行站控制系统的发射部分(解调器1)，另一个采集端接入接收部分(解调器2)。

如图4所示，在所述的比对装置接入系统后，需在数字有线电视播出机构与传输机构之间确认传输内容与播出内容的一致性监测；如图5所示，需对数字有线电视前端节目进行确认，确保数字节目转换到模拟节目传输到用户分配网前的内容的正确性；如图6所示，在多卫星覆盖的情况下，需进行多卫星覆盖一致性监测。

在本实用新型系统的具体实施中，系统主要由设备状态监控和安全播出监控两大部分组成。其中，设备状态监控部分和安全播出监控部分组成一个独立的计算机局域网。

一、设备状态监控部分：在监测工作站上，显示上行系统的拓扑结构，对有故障的设备节点和线路段能够突出显示，并报警。在拓扑结构上，实时显示设备的工作状态。而系统的工作状态，是由各设备对外提供的控制命令接口得到的。

系统具备遥控接口的切换开关等，可由控制系统远程控制。

系统支持多种设备硬件接口，包括RS-232、RS-485、以太网接口；支持多种软件协议：包括TCP/IP、CORBA、SNMP等。用户可以应用定制告警类型和对应的级别及动作。提供多级用户权限管理。

系统提供操作日志的功能，记录了用户对软件的重要的操作过程，为管理员日常的操作管理提供的方便，为设备和网络管理提供了有利的手段。同时提供设备操作日志接收的功能，并且能够对设备的操作日志进行过滤管理，定期备份，历史查找等功能。

系统基于J2EE的B/S架构，可以跨平台安装使用，用户可以定制其显示风格，通过IE浏览器即可远程控制设备。

二、安全播出信号监测部分

干扰现象分析：正常工作时，上行功率和下行功率及载噪比都在正常范围内，保证误码率在可用范围内，正常接收节目。在有干扰的情况下，载噪比下降，误码率上升，根据干扰的强度不同，从误码率轻度上升(此时不影响图像质量)，误码率严重(图像马赛克、静帧)，非常严重到完全误码(黑场，到接收机接收不到信号)。自然干扰(如雨衰)仅会造成误码率上升到完全误码人为干扰，在单载波及窄带干扰的情况下，从接收机端现象与自然干扰类似。下行信号频谱上刻见到单载波(或窄带)尖峰。在同参数信号(带宽、符号率、调制方式都相同)干扰情况下，由于卫星转发器已工作在饱和或自动增益控制的状态下，下行信号的功率基本不变，下行信号的频谱没有任何变化。干扰信号不会影响TUNER的锁定，会影响QPSK解调，在干扰信号由弱到强的过程中，会有如下的情况：

有干扰(信道误码率上升，但通过纠错完全纠正，码流正常，图像正常)。

干扰较严重(不能完全纠错，码流产生错误，图像出现马赛克、静帧、黑场等)。

干扰更严重(干扰与信号强度基本同样量级，造成QPSK完全不能解调，没有码流输出，也没有图像)。

干扰功率继续加大，单纯从信号强度来看，正常信号成了干扰源(QPSK能够解调，有码流输出，有图像输出，但是此时的码流是干扰源的码流，图像显示是干扰源的图像，码流可能有误码，图像可能有马赛克等)。

干扰功率强大，图像显示是干扰源的图像且图像质量正常。(误码率相对前一个阶段下降，码流输出无错误)。

误码率：自然干扰只会有1、2、3阶段的现象，无论何种干扰能够通过误码率判断、发现1、2、3阶段的情况。单纯通过误码率指标无法最终为干扰信号定性。

码流：对阶段4、5的情况，单靠误码率不能准确判断，必须在码流层面进行处理，但用一般的传输流层的分析不能解决问题(可以用此点对抗DVStation)，原因是，人为干扰采用同参数同特征干扰，即干扰信号码流在传输流层面特征处理的和正常信号一样，对传输流层的分析结果是一切正常。必须采用对码流内容进行识别的方式才能正确判断。

频谱：单载波及窄带干扰的情况下，频谱上能够见到尖峰。同参数信号干扰时，频谱不能见到异常信号。但频谱对干扰发生后确认攻击类型等信息具有历史意义。

监测方案：根据干扰信号的性质(是自然现象干扰，还是人为非法攻击；宽带还是窄带，是否是单载波)，采用信道传输误码率作为主要的干扰监测参数和判断依据。根据实际接收系统的情况，设定合理的门限可以相当精确地判断出受到干扰的情况，提供预警信息，而且系统的监测过程和操作可以是完全自动化的，在监测参数超过预定门限时，自动触发报警信号输出。

发现干扰后必须准确确定干扰类型，以便立即采取应对措施。如果干扰为非法攻击信号，传输的数据码流最终会发生相应的变化。通过上下行传输流逐字节比较可以确认非法攻击。确认干扰为非法攻击后，触发设备联动系统根据预设的方案完成自动增加上行载波功率等功能。

可采用误码监测仪监测信道情况，采用码流比较记录仪实时记录分析、比较上下行码流的情况，准确地判断播出信号受干扰的情况，并提供实时的报警提示信号。除此之外，系统中还可使用频谱分析仪(考虑使用站里已有的设备)，并且可以现场实时记录频谱分析结果，便于日后查询，研究分析。记录的数据包括误码率、信道功率、频谱数据、码流分析报警信息、下行传输码流数据。

报警信号有声光等多种形式，并可以群拨电话，发送短消息。

安全播出的要求是：监测下行信号，在图像信号发生劣化之前，监测到信号干扰，提供预警信息；监测下行信道的误码率，同步上行、下行码流，并对上下行码流进行比较，产生声光报警，报警发生时群拨预设的电话，向预设的手机发送短消息；数据库记录现场数据，信道参数、频谱等数据记录时间为三个月，实时码流数据记录时间为TS流2路×3天；记录、回放码流数据；传输流记录、分析；传输流记录、比较分析。

本系统中还可使用一台传输流记录比较服务器，接收两路输入码流，可记录3天的的传输码流，记录的码流数据可通过回放工作站进行回放。

其中一路的输入码流为通过卫星天线接收的下行信号，外一路输入码流为复用后，上行前的码流。

该服务器对上行前和下行的整体码流进行比较，发现问题可以报警.同时该服务器还具备码流分析功能，对下行码流进行290监测及服务数据带宽的监测。

上下行码流数据的同步：

为了精确同步上下行码流信号，采用分析码流内部时间信息的方法，保证上下行码流准确同步。

所述设备管理部分和安全播出监测部分的控制终端设在一台工作站上，便于集中全面地监测系统运营情况。同时两套系统之间还具备必要的关联，在安全播出系统发现信号受到干扰时，触发设备管理系统根据预设的方案完成自动增加上行载波功率，自动切换等功能。

集中控制工作站具备以下功能：显示上行设备拓扑图，并能显示主要上行设备的工作状态，对有故障的节点或线路段突出显示，并实时报警；对相关切换设备进行远程控制；显示下行信道的信道功率，误码率，并能够设置门限，一旦越限，实时报警；显示下行码流监视设备的290错误监测数据，发现错误实时报警；显示下行码流数据的实时带宽信息，并能设置带宽门限，发现越限情况实时报警；控制同步特征数据的产生和插入，显示上、下行码流数据的同步情况和整体码流数据的实时比较情况，发现错误实时报警；回放记录服务器A和B的码流数据，并可通过IRD解码实时显示图像画面；完成码流数据的备份；查询设备和信号监测状态的历史报警信息；根据预设方案，自动完成应急处理(加功率，倒换开关等)。

所述的290监测为：对传输流的分析，包含三级错误的监测，主要有同步丢失、连续计数错误、PCR精度错误、PCR间隔错误等。为了确保相互间的互操作性，其中测试的包括压缩系统的组成部分，分配馈送和广播压缩系统，广播传输流和接收机。

290监测差错优先级分类；预防可解码性差错，损伤可解码性差错(已解码图像中的人为失真，断续解码)，指示编码器或复用器的问题但不影响可解码性。

错误类型按细节分类：数据包的特定差错(同步字节，连续性计数，CRC差错，带宽差错(比特率太高或太低))，服务信息差错(PAT差错，PMT差错，其它表格差错，未引用的PID)，PID差错--PID丢失，定时错误-PCRs，解码器错误--缓存器下溢/过溢，损坏程度。

本实用新型能够在同一计算机终端上，实现编码器、复用器、QPSK调制器等信源、信道编码调制设备工作状态的实时监测及控制。在物理设备支持的情况下，实现切换开关的远程控制。提供安全播出保证手段，自动监测卫星转发器受干扰的情况，提供实际可行的监测方法和手段，确保在发生卫星转发器受到干扰情况下，提供预警信息，记录现场情况，对上行和下行码流数据进行记录、回放和实时比较。实现预警、确认干扰类型后告警、应急决策全过程自动化。出现异常状态时，实时报警，根据预设的处置方案，自动完成加大发射功率、开关切换等操作。监测终端可以远程操作控制设备。

以上具体实施方式仅用于说明本实用新型，而非用于限定本实用新型。

Claims (6)

1.一种数字信号传输的码流比对装置，其特征在于包括：

至少两个采集卡，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；

与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出。

2.根据权利要求1所述的数字信号传输的码流比对装置，其特征在于，所述的控制器为工控机，所述的采集卡插入所述工控机的PCI扩展插槽中。

3.根据权利要求1所述的数字信号传输的码流比对装置，其特征在于，所述的控制器为工控机，所述的工控机将处理结果由本地界面视频和/或音响输出；或者由本地数字、模拟及开关量控制输出；或者通过以太网口输出；或者通过串行接口控制命令输出。

4.根据权利要求1所述的数字信号传输的码流比对装置，其特征在于，所述的控制器为工控机，所述的工控机中设有同步单元，该同步单元根据对所述码流内部的时间信息的比对，使所述的上行前的码流与下行码流准确同步。

5.根据权利要求2所述的数字信号传输的码流比对装置，其特征在于，所述的工控机包括：

码流输入监测单元，用于判断所述的上行前的码流与下行码流的两路码流是否有输入，监测连续的同步包头，确认是否是传输流信号，并得到码率；查看传输包中的错误指示，丢弃有错误标志的传输包；

同步及比对单元：在所述的两路码流中寻找同样包标识符编号的具有相同连续计数位置的传输包，比较节目时钟参考、解码时间标志、显示时间标志是否一致，如不一致，在前后寻找，直至发现一致；如一致时，逐比特比较传输包内的内容；

输出单元，根据比对结果得到传输流误码率；将传输流误码率传送给上层。

6.一种数字信号传输的码流比对系统，其特征在于包括：

码流比对装置：由至少两个采集卡和一控制器组成，一个采集卡用于从数字信号发射端采集上行前的码流；另一个采集卡用于从数字信号接收端采集下行码流；与所述采集卡相耦合的控制器，用于将所述的上行前的码流与下行码流进行比对处理，并将处理结果进行输出；

与所述的码流比对装置相耦合的误码率监测及控制平台：由WEB及监测服务器、频谱场强仪、警告模块、数据存储及发布模块、多用户服务管理系统模块、实时告警信息发布模块组成；

与所述的误码率监测及控制平台相耦合的频谱监测装置，由频谱监测数据采集模块、频谱监测数据发布模块、频谱发布数据存储模块组成；

与所述的误码率监测及控制平台相耦合的设备联动装置，由数据触发信号模块、放大器、设备联动控制模块组成。

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