一致性比对系统在播出工作中的应用

 一致性比对系统在播出工作中的应用

王瑄

辽宁广播电视台  辽宁省沈阳市   110000

摘要：一致性比对系统能够快速、准确地处理播出事故，减少了事故处理时间，降低了人为责任事故发生的概率，更好地保障了舆论宣传工作的安全稳定。

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一、比对系统的设计初衷

电视台作为传统媒体，是党的喉舌和舆论宣传主阵地。播出系统作为电视台向下游单位输送信号的最终出口，安全播出是一切工作的重中之重。安播工作不仅是日常技术工作，更是极为艰巨的政治任务。

辽台旧的播控系统建设于2008年，当时由于技术限制，采用了人工监听监看为主，设备报警为辅的值班模式。随着传统媒体的生存空间一再被新媒体挤占，人员流失严重，靠值班员严防死守保证播出安全的措施显得愈发力不从心。基于现状，急需一种可以辅助值班员应急处理的手段，来应对目前的窘状。一致性比对系统给解决该问题提供了一种可行的方案，所谓一致性比对，就是对不同链路和节点信号的音视频内容是否一致进行对比，同时借助一致性比对帧级异态监测结果进行综合分析处理，在满足预设条件时进行自动倒换控制，大幅度降低了播出事故发生的概率，减轻了值班运维人员的工作压力。

二、比对系统的架构理念

一致性比对系统，采用基于特征值比对方案，通过分布式信号采集与特征值，集中比对的系统架构，在满足当前需求的同时，方便系统纵向或横向扩容。系统架构图如下图所示：

在本项目的监测系统中，通过对不同链路或节点信号源的音视频异态检测、音视频内容一致性比对和对结果的综合分析，管理控制播控分控系统中末级的4选1切换开关进行自动倒换。分控系统为了确保至少输出一路可播信号，采用主、备双路由设计，分控系统中信号源进入切换矩阵进行调选，矩阵输出信号进入键控器后加台标和字幕，然后经过双4选1，再传送到视分，分配到下游设备。这种采用主、备双路由的设计，在单路信号源或者单一设备出现故障时，可确保下游单位有一路信号正常不受影响。

没有一致性比对系统之前，主备信号源、三级备、垫播信号全部送给切换矩阵，一旦发生播出事故，值班员需通过切换矩阵选择不同的信号源来处理，这样事故处理的速度完全取决于值班员的反应速度以及判断时间，具有极大的不确定性。加入该系统后，能够对主、备播出链路4选1切换器前后节点的信号，进行采集并进行帧级别音视频异态监测、内容一致性比对，比对精度可达到像素级别，并能够提供准确的异态信息，运维平台结合异态监测结果和比对结果在发生单链路故障时，自动控制4选1切换设备进行主、备路自动倒换（一般不小于6秒）。根据一致性比对结果，值班员能够进行应急切换，支持按照设计好的报警方式，以及切换策略进行报警发布、自动切换或手动切换等功能，并保证最高优先级为手动切换。

三、比对系统的优势

1、监测节点丰富可自动倒换

该系统能够对辽台播出系统中8个在播频道的高清主、备信源及切换器输出的末级主、备PGM、三级备播、垫播还有标清主、备PGM共计8路信号同时监测。支持HD/SD - SDI信号实时音视频异态检测，检测故障类型包括黑场、静帧、彩场、彩条、静音、音量过高/低、音频丢失、视频丢失，各个故障报警阈值可设置。

一致性比对系统还可实现画面任意区域的比对，过滤不需要比对的区域，比如台标、字幕包装区域，还原真实异态类型，能够对实时状态进行异态报警，并通过帧级检测音视频内容的一致性，进行综合分析判断，按具体状态进行比对报警。

同时系统能够对异态报警和比对报警进行综合分析判断，如满足预设条件可迅速对4选1切换器实现控制，进行主、备路、三备及垫播信号的自动倒换，保障末级输出信号正常，从而避免播出事故发生。自动倒换触发的条件，可以根据不同频道进行单独设置，从而实现个性化播出需求。

2、内容比对的自适应同步技术

同步在一致性比对系统是至关重要的，如果无法精准同步，将会产生大量的误报。为此提出了自适应动态同步机制。可以解决不同路由信号之间的信号延迟问题，具体实现方法如下：

首先，根据接收到的A、B两组特征值创建两个缓存队列，根据先入先出原则写入缓存，然后根据SMG-VAC的音视频算法进行内容匹配。在满足M帧数据一致时，认为系统实现了同步，其中M的帧数量可调整。

其次，在这个过程中为了避免相似画面的误同步问题，我们采用关键帧作为参考。同时系统会启动两个同步进程，并将两个进程的同步的结果进行相互校验验证是否同步。如图所示

3、异态报警加速机制

为了解决传统监控系统报警响应时间长等问题，此次建设的音视频质量监控系统借助内容一致性比对实现了对异态监测的报警加速，能够更快的发现异态并触发自动倒换，从而避免播出事故发生。实现思路如下：运维系统具备帧级异态监测能力和音视频帧级比对能力，当单路或单节点出现异态时同时触发不一致报警，从而避免单独通过异态方式判断报警带来的延迟和误报等问题。实现示意图如下：

通过该设计，不但可以减少误倒换，还可以根据场景的不同大大减少了自动倒换的时间，从而加快事故处理时间。

4、丰富的音频监测功能，填补空白

比对系统具备对节目音频进行逐声道的异态检测和比对能力，在音频发生故障时，报警提示能够具体至具体的声道。当单个或几个声道有噪声、爆音等异常情况时，通过逐声道的音频比对可以产生音频比对不一致报警，从而避免发生播出事故，解决传统多画面等监测手段无法发现的故障，大大提高了安全保障的。

比对系统针对音频可以实现音频卡顿的检测和报警。音频卡顿监测采用基于统计学的检测方法。首先设置发生静音或音量低于预设阈值的持续时间，然后设置单位时间段内发生静音或音量低的发生次数，通过统计连续发生静音或音量低的次数进行判断卡顿 。

5、操作便捷功能强大

该系统通过C/S架构使用客户机实现日常操作，通过B/S架构通过浏览器进行底层的设置，互相分离提高了系统的安全性和可靠性。

系统具备大屏集中报警图形化展示功能，通过大屏能将当前发生报警的频道名称、异态报警信息、比对报警信息、报警持续时间等进行集中展示，报警信息直观易识别，具备良好的可读性。客户端能够对被监测频道进行集中概览展示，包括展示频道名称倒换开关状态、比对模式等信息，当频道有报警时，对应频道图标外框将会变为红色，进行提示。双击频道的图标可以进入该频道的详情页面进行更详细信息查询。

客户端展示界面如下图所示：

正常设备状态

异常时报警状态

报警时频道状态

通过用户界面，可以直观的显示每个监测节点的状态，以及具体事故的类型，发生的时间和持续时间，还有事故节点的实时画面。这对于事故的判断具有很现实的意义。同时客户端页面具备订阅功能，从而使客户端界面按照用户订阅关注的频道进行接收频道报警信息、频道详情等显示，实现更精细化管理。

该系统还配备两台收录服务器，对所检测的8路信号实时录制，硬盘容量9个T，可实现7天的原流信号循环录制。收录服务器可以根据报警记录将事故画面单独录制，存储在特定的目录下，可在线查看或者下载到本地服务器端（如下图），便于对故障进行分析处理。

系统底层设置功能强大，可以对监测信号异态类型的阈值分别调整，可以对监测信号的比对参数、辅助区域、告警倒换的类型等分别设置以应对每个频道不同场景的个性化使用。可以对4选1切换器的倒换时段，垫片的倒换时段，停机维护的时段分别设置，避免进行误倒换导致的播出事故。通过对用户的个性化定制，实现用户权限的区分，减少因人为原因造成系统设置丢失的几率。

四、实际效果

内容一致性比对技术的应用摒弃了传统的工作模式，能够在几秒内实现自动倒换控制，经测试能够解决目前播出系统中所出现的大部分故障，安全可靠。在处理事故的时候，大部分时间是通过自动切换的方式，避免了占用大量的人力资源导致工作人员长期处于高度紧张状态的情况，提高了处理效率。

该系统自应用以来，大大小小已经处理了多起安播事故，与以前的人工处理方式相比，缩短了处理时间，减少了漏处理次数，对安全播出工作，起到了积极作用，降低了播出事故的发生次数。正是由于一致性比对系统的引入，让电视台播出安全得到了有效的保障，对广播电视事业的发展也提供了一种新思路。