基于VLC框架的信號源監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

汪 浩

（岳陽電視轉(zhuǎn)播臺，湖南 岳陽 414000）

0 引 言

根據(jù)國家廣播電視總局下發(fā)的《關(guān)于按規(guī)劃關(guān)停地面模擬電視有關(guān)工作安排的通知》，岳陽地區(qū)的地面模擬電視信號于2020年12月31日徹底關(guān)停。岳陽市廣播電視全面進(jìn)入數(shù)字時代。在地面無線電視數(shù)字化后，原來采用的基于模擬信號的監(jiān)測方式已經(jīng)不能滿足安全播出要求，急需新的監(jiān)測系統(tǒng)來保證整個播出系統(tǒng)的安全運(yùn)行[1]。

1 存在的問題

在模擬電視時期，一個頻道對應(yīng)一套節(jié)目，需要監(jiān)測的內(nèi)容較少?？h市級轉(zhuǎn)播臺通常將模擬節(jié)目的信號源通過視音頻分配器接入視音頻采集卡或者圖像分割器，然后送入顯示設(shè)備對播出的信號源進(jìn)行監(jiān)測。進(jìn)入數(shù)字時代后，數(shù)字電視在同一個頻道能傳輸多套節(jié)目，需要監(jiān)測的內(nèi)容增加了數(shù)倍，模擬監(jiān)測設(shè)備無法繼續(xù)使用。

以岳陽電視轉(zhuǎn)播臺金鶚山機(jī)房的信號源傳輸鏈路為例，如圖1所示。前端機(jī)房將湖南省5套節(jié)目、中央12套節(jié)目、地方臺1套節(jié)目經(jīng)過編碼和復(fù)用后，通過微波和光纖兩條鏈路傳輸?shù)皆狸柦瘗樕綑C(jī)房。微波和光纖兩路信號傳輸內(nèi)容相同，互為備份。金鶚山機(jī)房將接收到的節(jié)目流通過中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程的數(shù)碼視訊EMR設(shè)備重新復(fù)用后，分為兩個流，從EMR設(shè)備的ASI接口送入數(shù)字切換器，最后進(jìn)入發(fā)射機(jī)。在此過程中，如果無法實(shí)時監(jiān)測節(jié)目信號狀況，信號源出現(xiàn)問題時就不能及時發(fā)現(xiàn)并處理，值班人員應(yīng)急切換信號會導(dǎo)致安全播出事故。為了及時發(fā)現(xiàn)信號源的問題，需要對輸出信號源進(jìn)行監(jiān)測[2]。

圖1 微波、光纖信號源流程圖

2 設(shè)計方案

信號源監(jiān)測系統(tǒng)是信號源安全傳輸?shù)谋Ｕ?，必須符合國家廣播電視總局62號令有關(guān)安全播出的要求，設(shè)計時首先要考慮安全問題，不能對正常的播出造成影響。其次要做到簡單易用，不需要操作就能直觀地看到信號源是否正常。

通過對金鶚山機(jī)房的信號源流程和實(shí)際工作需求進(jìn)行分析，設(shè)計信號源監(jiān)測系統(tǒng)主要包含信號源節(jié)目的獲取和信號源節(jié)目的解碼播放兩部分。

2.1 信號源節(jié)目獲取

信號源節(jié)目流可以從交換機(jī)、解碼器及復(fù)用器等設(shè)備獲取。設(shè)計時最終選擇從復(fù)用器獲取信號源節(jié)目，這樣選擇是因為復(fù)用器更靠近發(fā)射端，信源到發(fā)射機(jī)中間的節(jié)點(diǎn)最少，能更準(zhǔn)確地反映進(jìn)入發(fā)射機(jī)的信號的狀況。數(shù)碼視訊EMR設(shè)備（復(fù)用器）的ASI輸出口和千兆網(wǎng)口都能獲取信號源節(jié)目流。如果從ASI輸出口獲取節(jié)目，需要針對服務(wù)器額外購置ASI采集板卡，而通過千兆網(wǎng)口獲取節(jié)目，只需要編寫軟件解碼?？紤]到成本和復(fù)雜程度，設(shè)計選擇了從千兆網(wǎng)口獲取信號源節(jié)目。

現(xiàn)有的數(shù)字電視的信號源，經(jīng)過數(shù)碼視訊EMR設(shè)備復(fù)用后分為主備信號，再通過ASI板卡輸出，所以只需將相同的節(jié)目復(fù)用到EMR設(shè)備的千兆網(wǎng)口，操作如圖2所示。獲取到信號源節(jié)目后，將此復(fù)用信號送到服務(wù)器進(jìn)行解碼。

圖2 信號源復(fù)用到千兆卡網(wǎng)口

2.2 解碼播放

解碼播放部分是此系統(tǒng)的核心，需要實(shí)現(xiàn)的功能主要有兩個。一是接收、解析信號源TS流。服務(wù)器接收到復(fù)用器傳來的組播流后，先由demux解復(fù)用將TS流中的節(jié)目解出，再通過視頻、音頻解碼器對每套節(jié)目進(jìn)行解碼。二是多畫面輸出，通過信號源監(jiān)測系統(tǒng)的多畫面輸出，可以監(jiān)測節(jié)目的畫面質(zhì)量，值班人員能及時發(fā)現(xiàn)信號源中出現(xiàn)的問題。這兩個功能是通過VLC來實(shí)現(xiàn)的。VLC是一款開源、可擴(kuò)展的多媒體播放器及框架，VLC播放器的核心引擎和多媒體框架接口libVLC，可以讓開發(fā)人員快速實(shí)現(xiàn)多媒體應(yīng)用程序[3]。監(jiān)測系統(tǒng)通過調(diào)用第三方開源庫Vlc.DotNet實(shí)現(xiàn)對VLC的操作。

3 軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 開發(fā)環(huán)境

軟件開發(fā)的硬件環(huán)境為處理器Intel（R） Core（TM）i7-6600 CPU，主頻為2.81 GHz，內(nèi)存為8 GB。 開發(fā)軟件環(huán)境如表1所示。

表1 開發(fā)軟件環(huán)境

3.2 安裝VLC包

在IDE中建立好項目工程后，首先需要從NuGet包中安裝Vlc.DotNet.Core.Interops、Vlc.DotNet.Core及Vlc.DotNet.Forms這3個 包。Vlc.DotNet對libVLC進(jìn)行了封裝。安裝完成后，工具箱中出現(xiàn)Vlc.DotNet組件，如圖3所示。安裝Vlc.DotNet組件后，可以通過鼠標(biāo)繪制界面和編寫少量代碼，就能調(diào)用VLC播放器，實(shí)現(xiàn)信號源節(jié)目的音視頻監(jiān)聽監(jiān)看。

圖3 Vlc.DotNet工具

3.3 主要代碼

以單畫面信號源監(jiān)測為例，對主要代碼進(jìn)行介紹。對于多畫面監(jiān)測，只需在此基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展 即可[4-6]。

（1）初始化組件方法部分代碼如圖4所示。初始化vlcControl組件時，必須將VLC的lib文件引入，這些文件是VLC的核心引擎和多媒體解碼組件，沒有引入將會報錯。引入方法如下：在工程文件夾binRelease下新建vlclib文件夾（可自己命名），將VLC播放器目錄下的libvlc.dll、libvlccore.dll等文件和plugins文件夾拷貝到vlclib文件夾中，然后在組件VlcLibDirectory屬性中加入對vlclib文件夾的引用。初始化組件還需要注意的是VlcMediaplayerOptions屬性，播放器很多功能都需要通過這個屬性來設(shè)置。

圖4 單畫面初始化組件代碼

（2）讀取配置文件方法，如圖5所示。讀取配置文件Config.ini中的數(shù)據(jù)，配置文件主要包含UDP組播地址、端口號以及節(jié)目PID等信息。

（3）界面初始化方法部分代碼如圖5所示。界面構(gòu)造時先將界面上的組件初始化，然后讀取配置文件中的數(shù)據(jù)，最后調(diào)用vlcControl組件的Play方法，根據(jù)配置文件數(shù)據(jù)播放相應(yīng)的節(jié)目。Play方法的options參數(shù)可以設(shè)置播放器選項，能覆蓋之前通過VlcMediaplayerOptions屬性添加的設(shè)置。這樣就能夠更方便地對播放器進(jìn)行操作。

圖5 界面初始化讀取配置播放代碼

3.4 系統(tǒng)運(yùn)行效果

信號源監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行后，屏幕顯示多畫面效果如圖6所示。界面上每個子畫面顯示的節(jié)目是通過配置文件Config.ini設(shè)置的。Config.ini文件將節(jié)目UDP地址、端口及PID等信息對應(yīng)到每個子畫面中。點(diǎn)擊子畫面標(biāo)題欄，可以監(jiān)聽當(dāng)前節(jié)目的音頻。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行效果

4 注意事項

信號源監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需要注意信號源的碼率設(shè)置。

在實(shí)際測試中發(fā)現(xiàn)，碼率過大時，硬件配置一般的服務(wù)器會出現(xiàn)卡頓和馬賽克的情況。信號源組播碼率不要超過20 Mb·s-1，如果節(jié)目過多導(dǎo)致碼率過大，需要將信號源拆分成多個組播流。

設(shè)置信號源組播時，碼率大小一定要與節(jié)目大小適配。碼率設(shè)置不當(dāng)，會導(dǎo)致監(jiān)測系統(tǒng)解碼出現(xiàn)馬賽克或者中斷現(xiàn)象。

5 結(jié) 語

信號源監(jiān)測系統(tǒng)上線后已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行了一年多時間，多畫面的展示讓值班員能夠?qū)崟r對信號源進(jìn)行監(jiān)測，減少了因信號源引起的安全播出問題，對保障節(jié)目安全播出起到重要作用。系統(tǒng)基于VLC開發(fā)，具有很強(qiáng)的擴(kuò)展性，還可以在此基礎(chǔ)上繼續(xù)開發(fā)，完善監(jiān)測軟件功能，幫助技術(shù)人員做好數(shù)字時代的廣播電視安全播出工作，提升廣播電視基本公共服務(wù)的質(zhì)量和水平。