大连捷成 TS流智能监测应急切换系统的应用

引言

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    保证广播电视安全播出是至关重要的，如今广电总局、电台、电视台对安全播出的要求是零秒停播，特别是重大事件安全播出的要求更高，其责任可谓是重于泰山。随着有线前端系统数字化改造的步伐加快，数字电视前端安全播出的复杂性越来越明显，除了要考虑到人为的因素，还要考虑设备故障和自然灾害对安全播出造成的影响。

    一直以来，播出单位都是通过增加人员值班，24小时不间断工作的方式来保证安全播出，但是很多事故是突发的，比如设备故障是不可避免的。当事故发生时，怎样以最快的时间切换到备用设备或系统，以保证不出现停播现象，这些是需要完善的监测系统来保障。

    一个完善的数字前端系统，除了要对系统中的核心设备、唯一设备、易发故障设备进行重点备份外，必要的监测手段也是不可缺少的。广电总局对各个播出单位的要求是至少要对三个点进行监测：1.节目输入信号监测；2.节目输出信号监测；3.受众接收端的接收监测。通过监测可以迅速有效的确定故障源，对其进行快速处置。但是如何对数字电视前端系统进行监测呢？

    一般数字电视前端系统的监测分为两个层次：

    （1）码流分析：侧重点是码流深度分析，需完成MPEG2和DVB标准各个层次的分析，甚至要求精确到BIT位，以便在必要时候按照标准和规范对码流进行逐位分析，以定位和解决问题，保障前端系统的标准性和开放性。

    （2）TS流监测：重点是系统的安全播出，要求做到快速反应，快速定位故障点，缩短排除故障时间。

    对于多数数字电视前端系统而言，码流分析这一层次较易达到，而TS（传输）流监测则较为困难，理论上卫星接收机、编码器、复用器、加扰器、适配器、调制器的输出信号都需要被监测，监测点较多。考虑到监测设备的价格较为昂贵，因此在系统设计时，通常对系统中重要的通道、重要的设备输出信号进行实时分析、监测和自动应急切换，而其他通道只做简单的实时监测，并自动应急切换，不对其进行深层次的分析，这样可以控制系统建设成本，使系统设计更加合理。

    在数字电视前端系统中信源和复用是最重要的两个环节，从安全的角度考虑，必须对其进行设备备份，并对输出的TS流（传输流）进行实时监测，一旦TS流出现错误，应立即切换到备用设备，保证安全播出。

    TS流的监测应符合TR101-290监测标准，该标准分为三级错误检测：第一级监测（第一级错误包括：同步丢失错误、同步字节错误、PAT 错误、连续计数错误、PMT错误及 PID错误）集中了所有基本的参数，这些参数保证TS流能够被解码；第二级（第二级错误包括：传输错误、CRC 错误、PCR 间隔错误、PCR 抖动错误、PTS 错误及CAT 错误）集中了一些附加参数，这些参数推荐用来进行连续性监测；第三级（第三级错误包括：NIT 错误、SI重复率错误、缓冲器错误、非指定 PID错误、SDT错误、EIT 错误、RST 错误、TDT 错误、空缓冲器错误及数据延迟错误）是依赖于应用的几个参数。其中第一级错误会导致下游设备无法对TS流进行正常解码，该错误属于致命错误，会影响播出机构的安全播出，而第二、三级错误是不会影响到下游设备的正常解码，不会导致播出事故。

    在数字电视前端系统的重要通道中，既要保证对TS流进行实时监测，又要保证监测发现问题后，立即切换到备用设备，保证安全播出。基于PC硬件平台来完成TS流监测的设备，可以实现TR101-290的三级错误监测，但是无法满足长期安全稳定的工作，而且价格不菲；以FPGA为基础的纯硬件平台可以对TR101-290的第一级错误进行完全检测，其检测和应急切换的时间可以缩短到毫秒等级，唯一缺点是无法实现TR101290的第二、三级检测，但是由于TR101290的第二、三级错误不会影响到安全播出。综合考虑，依靠硬件来实现监测和切换更加适合系统安全播出的要求。

    大连捷成在其i-MOD智能信号处理平台上新推出一款TDS-5103 TS流智能监测应急切换模块，它是基于FPGA来实现对输入的TS流进行实时监测和自动应急切换，此功能模块不仅具有较好的系统稳定性、安全性，同时还具有较高的性价比。其功能框图如下：

TDS-5103TS流智能监测应急切换模块的功能特点

TDS-5103 TS流智能监测应急切换模块的功能特点

    A. TDS-5103 TS流智能监测应急切换模块的切换规模为3×1和4×1可选，支持手动、自动应急切换， 还可以通过控制计算机对其进行控制。当主路TS流出现错误后，模块会自动切换到备路信号源，当主路信号恢复后，可以自动返回主路信号，也可以保持备路信号输出不变。是否返回到主路取决于模块的设置。

    B. TDS-5103 TS流智能监测应急切换模块分为两种切换模式：整流切换、单节目切换。当主、备、辅路的TS流完全相同时，可采用整流切换，这是一种常规的切换模式，实现起来较为容易；当主、备、辅路的TS流不相同时，我们采用把备路信号解复用，再复用到主路TS流进行单节目的SPTS切换，我们称之为单节目切换，这是一种创新的切换模式，具有较高的技术难度。

    之所以提出单节目切换模式，有以下几个原因：

    1. 在系统设计时，考虑到系统安全，设计人员通常会设想最坏的可能性。在有线前端系统中最坏的可能性是当主、备、辅路TS流全部出现错误（TS流的各种参数完全一致），且出现错误的节目各不相同，此时模块不得不将一路有错误的TS流进行输出，虽然会有相应的报警作为提醒，但是技术人员无法立即解决故障，直至信号源恢复正常。如果模块支持单节目切换，则可以将主路有错误的节目用备路对应的节目进行替换，将一个正常的TS流输出到下级。

    2. 当主、备路的TS流参数完全一致，主路TS流内一个节目出现错误后，采用整流切换到备路TS流时，通常会使流内所有节目出现静帧、黑场、马赛克等现象，肉眼可以明显看出变化。如果采用单节目切换，只将错误的节目用备路TS流中的相应节目替换，则主路其它正常的节目不需要被替换，也就不会出现静帧、黑场等现象。

    3. 如果主、备路TS流参数不一致，当主路TS流发生错误时，对其进行整流切换是不现实的，这样会将流内没问题的节目也进行切换，而且是不同节目之间进行切换，这样就会造成播出混乱的现象。此时需要用单节目切换来解决这个问题，将有错误的节目用备路指定的节目替代，虽然也会引起部分节目混乱，但是将影响降到了最低。

    当主备路节目不一致，其PID值也不会相同，如果不修改PID值，直接对单节目进行置换，后级设备怎么能对TS流进行正确解码呢？

    在模块进行正常工作状态之前，我们会将主路TS流内的PID值与备路TS流内的PID值做一个映射关系。当主路TS流内某个节目出现错误，模块会按照预先设定好的PID映射关系，在主路与备路的TS流内对应的节目之间进行置换。众所周知，在复用的过程中是可以对节目的PID值进行修改的，也就是说我们在进行单节目切换、再复用的同时，将其PID值置换为主路对应的PID值，这样就不会影响到后级设备对其进行正确解码。

     C. TDS-5103 TS流智能监测应急切换模块支持当前路断电直通

传统的应急切换器都是支持主路断电直通，即设备断电后，不管主路信号是否正常，输出的只能是主路信号，这样难免会出现将故障信号输出给下级设备的情况，影响节目正常播出。而大连捷成的TDS-5103功能模块，对断电直通进行重新定义，将其断电之前最后输出的信号作为断电之后的直通输出，确保将正常信号进行输出，提高系统的安全性。

     D. 依靠FPGA实现对TS流实时监测，具有较高的稳定性；其监测时间可以精确到毫秒级，用最短的时间发现并解决系统故障，将系统故障造成的影响降到最低。

     E. 模块内置彩条信号发生，当切换到最后一路输入无信号时自动输出彩条。

     F. 模块与平台的以太网控制卡进行通讯，可以实现详细的操作及故障日志记录和查询。可通过控制计算机对模块进行监控。

总结：

     大连捷成作为国内为数不多的具有工厂的研发型企业，大连捷成拥有一流的生产线，全套泰克的先进测试设备，产品的质量和工艺在业内首屈一指。大连捷成已从单一矩阵产品制造商，发展为播总控、演播室、有线前端、会议电视、监控系统的周边设备专业制造商。