地面数字电视监测技术探索

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摘要：随着信息科学技术的迅猛发展，广播电视领域技术不断创新，数字电视技术的出现为大众提供了比模拟电视质量更高的视听体验。但随着我国地面数字电视技术的深入发展，传统的监测技术手段也急需创新。在此背景下，以地面数字电视的技术特点为前提，分析相应监测技术的架构，研究探讨射频监测、码流监测以及音视频监测等涉及的主要检测技术手段和实现方法，供专业人士参考。

关键词：DTMB；码流；MEPG2；监测；单频网

广播电视节目制作、传输及监测的发展与信息化技术的不断更新迭代息息相关。2015年，国家财政投入40多亿元人民币，正式启动全国中央广播电视无线数字化覆盖工程。2020年6月，国家广播电视总局印发《关于按规划关停地面模拟电视有关工作安排的通知》，决定自2020年6月15日开始，关停中央及各省、市、县模拟电视信号。目前，我国在地面数字电视覆盖网领域领先于世界大部分国家。相比而言，地面数字电视的传输容量是地面模拟电视的数十倍，它大幅拓展了电视行业的服务范围，一举扭转电视传播和影响力衰退的局面，可为人民群众提供更高质量和更高效率的电视服务[1]。根据地面数字电视的主要技术特点和相关技术标准及实施方案，本文提出较为完善的地面数字电视监测技术系统，开展地面数字电视的播出秩序和播出质量的监测监管工作，为我国广播电视监测监管体系建设贡献力量。

1地面数字电视技术特点

监测方法与传输方式的技术特点关系紧密。相较于有线数字电视，地面数字电视利用无线传输方式，电视节目的信号质量得到大幅提升，具有信号覆盖区域广、信息容量大、操作模式多样灵活以及频率规划效率高等优点[2]，运用PN序列填充的时域同步正交频分复用（TDS-OFDM）多载波调制技术，结合信号在时域和频域的传输，在频域传输有效载荷，在时域通过扩频技术传输控制信号实现同步和信道预测技术，在快速码字的同时，也能保证稳定的同步跟踪性能，这为地面数字电视信号质量监测提供了监测策略和依据。用户在使用过程中实际接收到的电视节目与付费有线数字电视节目类似，但地面数字电视节目数量较少，且信号传输易受距离、当地电磁环境及人为因素影响。因此，在建设监测站点时应重点结合当地发射台站信息、电磁环境及射频参数等方面，实现对地面数字电视发射机运行状态、信号质量及覆盖效果的监测[3]。

2监测技术与方法

建立监测系统中心平台和位于各县市的地面数字电视遥控监测站，通过HTTP和XML等网络协议建立数据连接，组成地面数字电视监测系统。监测系统中心平台部署于监测机构局域网内，完成监测任务管理、监测站的控制管理、对回传数据的接收与分析、对所有操作日志记录和传输内容的存储、对系统的管理、对节目源的监测与特性采集、发射信息管理以及综合展示等功能。监测站分布在各地市合适地点，通过数据专线方式联网，接入监测系统中心平台。监测站无人值守，接收并执行中心平台下达的任务指令或实时监测指令，接收和解调地面数字电视信号，并进行指标测量、数据采集、处理、存储以及报警回传等操作，实施频谱监测和数据处理。监测前端系统功能如图1所示。运用射频监测系统、码流监测系统以及音视频监测系统，实现对整个地面数字电视播出环节的监测监管。射频监测系统对业务监测范围内的地面数字电视信道质量进行实时测量，定期或临时对给定频段范围内的广播电视频谱进行扫描；依据ETSITR101-290三级错误的标准，对TS源流进行码流层面监测；音视频监测系统主要完成对信号源画面和音频的质量研判和录像存储工作。

2.1射频监测系统

射频监测系统利用定向天线对地面数字电视射频信号进行接收，经天线共用器分配至地面数字电视监测主机进行解调，支持对多种地面数字电视工作方式的监测。解调后的地面数字电视信号以TSoverIP方式封装后传输，即TS（TransportStream）包封装为用户数据报协议（UserDatagramProtocol，UDP）报文后通过IP网络分发[4]。系统主要功能包括射频信号锁定状态、载波电平、载波带宽、调制误差比（ModulationErrorRate，MER）、误码率（BitErrorRatio，BER）、载噪比多径测量以及星座图等参数的测量与查询。系统可以使用信道历史数据或者人工输入参数作为参数模板，并设置阈值作为报警触发条件。当新获取的射频监测参数偏差到允许范围外并持续一定时间，系统将及时报警，并且能够根据远程指令执行射频信号指标测量任务，将结果回传至中心平台。此外，系统可利用监测站配备的频谱监测仪和全向天线，定期或临时对特定频段范围内的广播电视频谱进行扫描，展现该频段频谱占用情况，及时发现新增或减少载波。频谱扫描结果通过专线利用XML协议回传至中心平台。射频监测系统如图2所示。

2.2码流监测系统

与模拟开路广播电视监测相比，地面数字电视监测工作除射频信号与音视频质量监测外，还需要增加实时码流监测的内容。在对数字电视节目进行监测研判时，部分码流层面的错误使得值班人员很难实现准确分析研判与识别。借助监测前端配备的码流分析仪，码流监测系统可以及时发现异常的节目码流，并将报警信息与报警指标回传至监测系统中心平台。值班员通过报警级别及实时指标查找原因，排除隐患，保障安全播出。码流监测系统能够实时显示当前码流的节目名称、节目号、加密信息、提供商、业务类型、音视频PID号以及码率等信息；可将传输流中各类数据占比进行统计，计算传输速率、包长及网络信息；计算PCR精度和间隔，并以动态图形的方式显示；将传输码流中各路节目的电子节目以表格形式体现，包括节目数量、节目号、名称、提供商概述、载波频率、调制方式以及符号率等[5]。系统将实时监测的码流与历史模板数据进行分析比对，及时发现传输流中节目的数量和种类变化并进行报警；支持ETSITR101-290码流三级错误报警，支持码流信息模板报警，支持码流对应PID变化报警等。码流监测系统如图3所示。

2.3音视频监测系统

在整个地面数字电视监测环节中，音视频监测是最为直观、更符合监测机构值班人员对广播电视信号监测习惯的监测手段。音视频监测系统除了提供节目质量监测功能外，还能对节目质量异态进行报警，并提供录像存储备查以及多画面显示功能。（1）音视频播放。系统支持实时和录制TS流回传监看、实时和录制转码节目监看。视频节目采用H.264格式转码，音频节目采用AAC格式转码，TS格式封装，可采用HTTP/RTSP或RTMP等通用流媒体协议回传。系统可显示播放节目的EPG信息和信道、码流的简要参数。（2）音视频质量异态报警。系统利用监测主机的硬件板卡对音视频静帧、无伴音、黑场、马赛克及彩条等现象进行检测并报警，且支持图像色差和亮度报警。系统可根据重大情况归类监测，报警策略可自由配置。（3）多画面集中显示。每个监测站配备多画面服务器，支持画面组织灵活的数字节目多画面监看模式，且具有高清显示能力。

3监测站技术要求

监测点的设置是否合理，会直接影响地面数字电视监测工作的质量和效率。监测人员在进行监测前端选址时，应结合当地信号覆盖情况，保证信号接收质量高、稳定性强。对多重覆盖监测点进行重点监测，在不同地区制定针对性的监测措施，构建完善的信号接收系统。基于地面数字电视监测站的主要任务及功能，监测站选址应在发射台覆盖区域内，且尽量保证周围地形开阔，电磁环境良好，利用性能良好的接收天线、接收机及频谱监测仪，保证能够持续稳定地接收地面数字电视信号；监测站系统应支持监测任务本地独立运行，自动接收中心平台下发的各类指令并执行，且组网灵活；监测站系统应能够在无人值守的环境下24h不间断执行监测任务，支持远程控制。为了保证监测工作及时准确，监测站通信系统要求性能良好，网络链路要求较高，电力系统应配备UPS在线式不间断电源和电源管理器，保证监测工作在电力故障的情况下不受影响。

4结语

中央节目无线数字化覆盖工程已在全国各省市开展，此项工程投资大、覆盖广。如何对其进行准确高效的监测监管，保证国家投资效益，保障安全播出，是广播电视监管人的职责所在。构建形成安全、稳定且高效的地面数字电视监测系统，能够切实维护地面数字电视播出秩序，保障电视信号质量，保障广播电视无线数字化覆盖水平，有效提升广播电视公共服务行业工作质量。

参考文献：

[1]佚名.高端访谈之一广电总局广播电视规划院院长姜文波谈地面数字电视[J].广播与电视技术，2009，36（4）：40.

[2]何明利.地面数字电视的特点及监测的思考[J].数字技术与应用，2018，36（12）：235.

[3]李建军.地面数字电视监测技术研究[J].广播与电视技术，2015，42（10）：120-122.

[4]刘骏，代明，常江，等.中央广播电视节目无线数字化覆盖工程地面数字电视组网技术方案[J].广播与电视技术，2015，42（6）：24-28.

[5]韩正强.发射台站基于AVS+信号的监测系统技术应用[J].通讯世界，2017（22）：57-59.

作者：关子豪 单位：国家广播电视总局二〇一台