【毕业学位论文】（Word原稿）数字电视监测系统软件的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 数字电视监测系统软件的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系： 软件学院 职业类型：工程硕士 专业领域：软件工程 指导教师： 副 指导教师 ： 二 一 四 年 三 月 A in 2014 数字电视监测系统软件的设计与实现 同 济 大 学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解 同济 大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的 部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济 大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 通讯和互联网技术的发展，广播电视行业也面临着巨大的机遇与挑战。同时随着各种发展趋势的明朗化，特别是三网融合发展的提出，使得我国的数字电视业务呈现出更大的复杂化与多样化，对这些电视业务进行实时的及时准确检测也就出现了更大的挑战，造成了现有电视监测系统在新应用环境中的不完善，所以，针对数字电视的监测系统设计与优化就显得非常紧迫。文中正是针对该问题，在对数字电视监测系统的开发流程进行介绍 的基础上，利用数字电信号完成监测过程，实现对数字电视信号的有效监测。 本文中，首先针对我国在数字电视和广播发展中的现状和背景，对电视广播和数字信号传输过程中出现的一些诸如干扰的问题进行简单介绍，阐述了对信号进行监测的重要性；然后，针对数字化电视信号进行监测的含义与内容进行了深入阐释，指出了在无线电视、有线电视和卫星电视中所采用的监测技术，重点对信道码流的监测技术进行了介绍与分析；接着，通过文中所设计监测系统的需求分析、模块设计以及系统实现，确保系统能偶对 统继续拧全线监测，完成对各种故障的及时上报、故 障的准确定位与分析、故障过程的自动记录以及自动报警功能等等。此外，利用所开发的软件系统，用户可以网络进行远程监控，实现对监测平台的网络化管理。 文中所设计系统的构成主要有：信号接入、码流监测与内容监测等部分。其中，信号接入部分所采用的硬件主要是 列监测卡，可以对不同信号传输方式下的信号进行采集与检测，然后将其转化成 流，这样，就不用为一些特别信号提供专用监测。在码流监测部分，则可以实现对信道指标的监测、 290 监测、带宽检测、 测以及节目信息监测等等。在内容监测部分，则具 备完善的多画面展示、录像存储以及日志入库等功能。 关键词 ： 数字电视监测，信号监测， 290 监测，有线电视，延时监测 he of At as of of of is s V a of is a V in is in of V of it is is at in of is on of to of V of to of in of V on in of as in of in of V of is in V, V on of a to to on VB to of of so In of In of of is CI to of of it S so t to In it I 290 on of CR so In it 290 济大学 硕士学位论文 目录 I 目录 摘要 .录 . 1 章 绪论 . 1 究背景 . 1 字电视 . 1 字电视分类 . 2 内外研究现状 . 4 文主要内容 . 4 文章节安排 . 5 第 2 章 相关技术介绍 . 6 视监测的含义 . 6 线电视监测 . 8 线电视监测 . 9 星电视监测 . 10 章小结 . 11 第 3 章 系统需求分析 . 12 件基本需求 . 12 统功能需求 . 12 件系统构成 . 13 统非功能性需求 . 14 章小结 . 15 第 4 章 系统设计 . 16 件设计 . 16 据处理模块 . 16 务模块 . 18 能模块设计 . 20 号接入模块 . 20 流与内容监测模块 . 20 同济大学 硕士学位论文 目录 综合分析模块 . 21 统布局设计 . 22 流监测模块的设计 . 22 测模 块划分 . 22 流监测基本流程 . 23 章小结 . 26 第 5 章 系统实现 . 27 道监测模块实现 . 27 道监测模块描述 . 27 道监测页面界面展示 . 28 90 监测模块实现 . 29 一优先级错误监测 . 29 二优先级错误监测 . 30 三优先级错误监测 . 31 90 报警的影响 . 33 90 监测页面界面展示 . 33 宽监测模块实现 . 34 宽监测模块描述 . 34 宽监测页面界面展示 . 35 目信息监控模块实现 . 36 目监控模块描述 . 36 目监控显示界面展示 . 37 章小 结 . 38 第 6 章 系统测试与结果 . 39 试环境 . 39 试用例 . 39 章小结 . 40 第 7 章总结与展望 . 41 文总结 . 41 来展望 . 41 致谢 . 42 同济大学 硕士学位论文 目录 考文献 . 43 第 1 章 绪论 第 1 章 绪论 究背景 随着我国电线网络、广播电视网络和互联网的不断发展，逐渐演变为宽带通信网、数字电视网和 下一代互联网，同时也出现了三网融合的快速融合的趋势和势头。在这种大环境下，数字电视也就得到了快速发展 12。所以，原本存在于广电网络中的监测系统规模不断庞大和扩展，所包含的用户群体和数量也就逐渐增多，使得现在所采用的广电监测系统和监测方案难以适应形式的发展。因此，为了构建安全、有序的广电播出网络与环境，就应该针对现有数字电视监测方案的性能进行优化和增强，特 别是应该对网络信号的传输和内容的合法性进行及时、准确的监测。 字电视 所谓的数字电视 (就是传输网路中所采用的信号是数字信号。而二进制码作为一种数字信号，已经在数字电视的信号传输中得到广泛采用。在 要对各种数字信号进行处理，还包含了节目的录制、制作、发射、传输与接收等等 34。不过需要说明的 是，虽然数字电视信号的处理、传输、发射和接收的过程中，所采用的方式为数字式，但是，人们从电视终端上所看到和听到的画面和声音还是模拟式的，这些模拟信号需要利用电视接收端，也就是我们常说的机顶盒将数字信号经过 D/A 转换得到模拟信号。 在下面的图 1，给出了整个数字电视的结构流程图。 同济 大学 硕士学位论文 数字电视监测系统软件的设计与实现 - 2 - 视 频音 频视 频 编 码音 频 编 码节 目 复 用数 据传 输 复 用其 他 复用 节 目信 道 编 码调 制 器信 道调 谐 器解 调 器传 输 解 码音 频 解 码视 频 解 码扬 声 器 显 示 器数 据图 1字电视系统和传输网络的结构流程图 5 如图 1所示，在数字电 视播出系统中所包含的构成主要有：信源编码、节目流、传送流 (路复用 /解复用、信道传送、调制 /解调、解码等等。需要补充的是，声音文件、视频文件和数据编码等等都属于信源编码的范畴。在信道编码中，所采用的技术主要有卷积码、 、 合编码调制等等，同时，所采用的调制方式也有多种，如 等。对于接收端所选用的数字电视，需要具有射频接收、解调、解码等功能，这样，就可以将经过压缩编码后的信息恢复成高保真的视频和声音信号；当然，也可以采用模拟电视接收机数字机顶盒来实现信号转换 ，同样也可以重现信号的声音和画面 6。 字电视分类 在数字电视传输系统中，还包括三个大的领域，即地面、卫星和有线。这样，各种各样的数字视频广播就可以通过卫星、同轴电缆、微波等方式和途径构建起全方位和立体的电视传输网络系统 78。这样，根据所采用的信号传输方式的区别，人们基于不同媒质，制定出了多种数字电视广播标准传送系统，从而实现了对卫星数字电视广播系统 (有线数字电视广播系统 (地面数字电视广播系统的区分。在不同的传输体系中，所采用的信道编码和调制解调途径并不一样，但是，各个系统中都采用 为信源编码准则。这主要是由于只第 1 章 绪论 有同轴电缆介质才能够构建起更加简单的模型，所以，在相同准则的促进下，使得 到不断的发展，而缺少统一模型的 发展比较迟缓。下面分别介绍这三种不同 的数字电视传输系统 910。 (1)、卫星数字电视广播系统 在该类型的广播系统中，利用 多种数字压缩编码技术，可以将比较高速的数字化视频和音频信号处理和转化为较为低速的数据传输流，经过复用处理，就可以得到高速率的 合流。此外，在需要的情况下可以对节目和数据流进行加扰处理，然后经过 制，得 到信号的上变频信号，使得信号能够充分满足 段或者 C 波段的传输频率 11，便于卫星天线的信号传送和接收。 (2)、有线数字电视广播系统 在有线电视广播系统中，其信号的传送比较稳定，且具有较强的抗干扰性，因为此类系统一般采用光缆和铜质电缆作为信号传输载体 12。所采用的信号调制方式为 类调制方式的速率比较灵活，可以根据 不同的情况采用不同的1632 64方式。可以在传送距离较近和噪声干扰小的系统中采用高速率传输。所以， 64是现在电视网中普遍方式，这样，利用 8s 的数据传输速率。 (3)、地面开路数字电视广播系统 在地面开路数字广播系统中，所采用的技术主要有开路电视频段甚高频或者特高频 13，而存在于各种媒质中的干扰则会对电视广播的资源产生影响，所以，可以采用 技术来进行优化。在下面的图 1，给出了该系统的前端示意图。 E G - 2 编 码 器 C 前 向 纠 错C O F D S K / Q A M 数 字 调 制I F / V H F 天 线图 1面开路数字电视广播系统的前端构成示意图 同济 大学 硕士学位论文 数字电视监测系统软件的设计与实现 - 4 - 利用 现对信号的处理后，就可以利用 者 制方式实现对信号的调制，并经过上变频后送到发射天线。可以看出， 构成比较复杂，主要一个用于全球范围的数字广播系统，其带宽通常为 67在 术体系中，其最大数据传输为 24Mb/s14。 内外研究现状 针对数字电视广播系统所设计的监测系统，可以理解为通过对广电节目在制作、传输和播出等过程中信号获取，对相应的信号进行分析、故障监测和存储等操作，确保整个广电播出网络的正常与安全，整个监测系统由硬件和软件所构成。特别是随着三网融合的不断深入，数字电视监测也逐渐向有线电视网络和 16。 对于数字电视的监控，国外在该领域所发展 起来的标准以及用户需求难以完全适用于我国的数字电视广播环境。而国内在该领域的研究，有的将重点放在内容监控，而有的则将重点放在码流的监测，总体而言，现有的监测与控制系统已经难以满足数字电视监控的需要 17。在现代广播电视飞速发展的前提下，数字电视在各个领域的发展也得到了推动，使得数字电视的各类业务支持平台出现了很到的变化，比如信号传输的高速化、高清化和海量化等等，这些变化都对播出的质量提出了更高的要求，所需要的安全级别 也就更高。所以，为了适应数字电视系统的发展需求，本文将针对数字电视信号监控的各个环节进行分析，促进现代化数字电视监测的全面发展。 文主要内容 基于现有信号监测理念和已有软件平台，文中对原有的有线数字电视监测系统进行改进和优化，实现对数字电视播出环境监测架构的设计。在整个系统的设计和实现过程中，本文作者积极参与了整个数字电视信号监控系统的方案制定，以及码流监测子模块和信道 290 指标监测系统的具体开发，所以，在后面的章节中对这两个模块的叙述将作为重点。 对于整个系统中的码流监测子模块，其主要功能是在信号 码流的传输过程中，对码流的基本信道指标进行监测，所采用的信道指标主要有 所有的监测过程都在码流层面来实现。 对于信道 290 指标监测子模块，其在实现过程中关键是要完成 据所采用的指导文件 过 成解码过程。具体分析过程中，所设定参数的观察监测等级主要针对 的 3 个误差等第 1 章 绪论 级来完成。文中作者在研究过程中，还针对信道内容监测方面存在的缺陷进行了优化和改进。 文章节安排 第一章，绪论。对本文主要研究内容的 背景、研究现状和主要内容进行分析阐述，给出了后续章节的主要内容安排。 第二章，相关技术介绍。本章中，在对电视监测的定义进行介绍的基础上，阐述了现行电视监测的主要内容，接着，对现在常用的无线电视、有线电视和卫星电视监测的一些相关技术进行了简单说明。 第三章，系统需求分析。在本章中，针对软件开发过程中的需求进行分析，对软件中所具备和体现出来的基本需求、功能需求和非功能性需求进行分析与阐述，指出了在系统开发与设计过程中应该遵循的一些基本思路与原则。 第四章，系统设计。在本章中，从软件模块设计的角度出发，对文中软件 的数据处理模块、业务模块进行了分析，重点对系统的码流监测模块和系统的分布式布局进行了分析和设计，该出了系统设计中的码流监测流程。 第五章，系统实现。在本章中，具体给出了系统不同模块的实现思路与界面展示。首先，在对信道监测模块进行描述的基础上，给出了个模块的界面展示结果；接着，对系统中所采用 290 模块技术进行详细介绍，在对不同优先级别错误监测介绍的同时，分析了 290 报警的影响，给出了该模块的实现结果界面；最后，针对带宽监测模块和节目信息监控模块的概念和实现界面进行了说明与展示。 第六章，系统测试与结果。在本章 中，针对前面章节中所分析和设计的数字电视监测系统进行必要的功能性测试，完成对输在电视监测过程的信号码流、信道和内容等各个方面的监测，为用户提供报警记录和查询功能，实现用户对统一信号监测和多信号监测的多种功能需求。 第七章，总结与展望。通过对论文主要内容和研究结果的总结，分析和阐述数字电视监测技术的未来发展趋势与重点。 第 2 章 相关技术介绍 - 6 - 第 2 章 相关技术介绍 作为国家电视和广播领域的重要构成，电视监测工作是构建安全、完善和现代化广播电视事业的基础，也是维护我国广播电视空中电波秩序、确保用户的权益得到有效保护、改善广播电视的接 收和覆盖效果的一种主要手段。 通过广播电视的监测，应该实现的目标和完成主要任务为：对广播电视的覆盖效果和传播质量进行全面监测；对广播电视的频段、空中无线电波秩序和网络频道的秩序进行全面监测 19；对整个广播网络的安全动态进行有效监控。所以，就应该从如下几个方面着手，即：对广播电视播出过程中的播出技术手段所涉及到的技术质量和覆盖效果进行检测 20；对电视信号传输和播出所采用技术手段的合法性和技术规范性进行全面监测；对频谱资源的充分合理利用进行严格保护，确保受众能够收听和收看到高质量的节目；对我国国内所采用的广播电视技术和标准是否满足国际法规和国际技术协议进行检测，用法律和技术手段维护我国在广播电视领域的合法权益。 视监测的含义 对广播电视进行监测的过程，可以作为电视监视和技术测量的一种组合。这种监测过程能够在广播电视系统正常运行的过程中，利用技术手段对电视播出中的各个通路进行检查和分析 2223。 在下面的图 2，所给出的就是人们所普遍采用过的电视信号系统构成与结构图。可以看出，该结构中的各个电视设备都是采用串行连接的方式进行组合，所以，在整个串联链路的任何一个节点，都需要针对信号进行监测，这样，就可以在对链路信号质量进行随时检查的同时，及时发现和感知信号传输过程是否出现中断的情况，从而快速判断出现故障的设备所处的具体位置。在通常情况下，人们进行电视信号监测主要采用监视 器等相对比较便宜和直观的手段来进行，而在一些关键的节点上，则主要采用示波器或者矢量仪等更加专业的设备来进行。作为一种被普遍采用的监测技术和手段，这种监测方式也逐渐成为电视广播系统的重要构成 24。其实，采用这种比较老旧的监测方式，在整个电视广播中的基带传送环节，也就是电视信号播出之前的所有通路中，由于所采用的基带视频和音频信号传输方式为电缆，且一般都采用串行的连接方式，使得这种方式更加有效。 同济 大学 硕士学位论文 数字电视监测系统软件的设计与实现 前 期后 期 制 作演 播 室 现场 信 号直 播 信 号播 出 系 统卫 星 地面 站光 纤 网络发 射 台有 线 台前 端微 波 传输图 2行的广播电视传输系统构成图 在一些比较老的电视广播系统中，也存在简单的信号监测功能，只是这些功能不是由独立的系统来承担，而是作为广播电视系统的一个部分而存在。使得整个电视广播系统的信号和数据，从最开始的摄取、录制、制作，到后期的播出、传输、发生等多个环节，都会得到监测 25。 现在，所采用的电视监测方法可以分为主观监测和客观监测两种。其中，主观监测就是在整个串联链路的某 个输入或者输出端，通过各种类型的显示设备对电视信号进行直观地显示，这样，就可以采用人工的方式对电视播放的内容和质量进行观察，并对电视信号播出过程中的停播、故障等情况进行记录；相应的，客观观测则主要利用示波器或者矢量仪等专业仪器在播出链路的某个节点进行监测，利用这些专业仪器对电视信号进行实时监测，通过与信号标准的对比，实现对播出信号的及时调整与干预，从而确保电视信号的高质量播出 26。 不过，在用户接收终端，所接收到的 信号为高频信号，前面也介绍过，现在电视信号主要采用三种不同的覆盖方式，从而使得对高频部分信号的监测更加复杂。针对这三种不同的电视网络覆盖方式，过去主要采用标准解调设备对信号进行接收，然后再查看和判断信号在网络上的传输过程是否正常，这种情况下的测量过程一般在维修过程进行，难以实现实时和连续不断的监测 27。在卫星和地面信号传输中采用此种方式一般比较有效，而在有线电视网络中的应用则难以得到预期目的，主要是由于我国现行的有 线电视网络的构成包括干线网、分配网以及数量众多的用户分支和分配点，而对这种覆盖范围广泛的树型覆盖网络，难以对所有的节点都进行有效的监测，此外，在有线网络中所传输的电视信号有很多套，给监测造成更大的困难 28。即时在有线网的干线网和分配网中采用光缆，要完全对光节点以下的用户分配和分支末端的节点进行监测也比较困难。 进过多年的发展，我国的广播电视频道已经多样化，数量不断增加，而电视第 2 章 相关技术介绍 - 8 - 信号的覆盖方式也从之前的无线方式向有线方 式转变，而在一些比较偏远的山区则以卫星覆盖为主，所以，过去所采用的信号监测方式在前端还有一定的效果，但是难以应对现在电视信号在传输过程中环境的不断变化以及人为干扰对信号的影响 29。这样，在计算机网络技术、数字技术和通信技术不断融合的技术上，就出现了更加具有针对性、可靠性和先进性的数字电视监测技术。 线电视监测 针对无线电视信号传输和广播，需要采用无线电视监测技术。通常应该根据无线电视的覆盖情况来对系统规模进 行设计，考虑到无线电视网络的覆盖特点，一般在省级监测中心采用二层结构，如图 2所示。 广 播 电 视 监 测 传 输 网广 播 电 视 监 测 传 输 网监 测 中 心 数 据 处 理 系 统远 程 监 测 站远 程 监 测 站图 2线电视监测系统 通过数据处理中心，可以实现对全网的集中监控，完成对远程监测站所上传的数据汇总。针对无线电视网的监测流程为：通过远程监测站对不同地方的开路电视监测数据进行采集，完成数据采集后将其回传到数据处理中心，由数据处理中心对所有数据进行汇总，进而形成各种形式的统计报表；需要补充的是，所采集的监测数据主要有指标参数测量数据、异态报警数据、视频和音 频数据等等。在数据处理中心和各个远程监测站之间，主要通过 2M 数据专线或者 行连接。由于在整个网络的扩展过程中，或者前端所采用的不同监测设备，需要不同的厂家设计和生产，所以，不同节点之间的数据传输就采用标准化的传输协议而可以制定出标准化的设备控制接口，确保系统和设备之间的相互独立。此外，采用 接方式，主要通过点对点的电话拨号来完成，其间的数据采同济 大学 硕士学位论文 数字电视监测系统软件的设计与实现 集则采用离线方式完成，因此，只需要在实时监听或者数据传输的情况下建立网络连接即可，节省了通讯费用。 无线电视监测的系统架构主要采用 B/S 和 C/S 相结合的体系来实现，这样可以有效克服单独采用 B/S 或者 C/S 架构所存在的缺陷，同时，普通用户就可以利用 览器来对系统进行访问，在简化客户端的同时，还可以增加中心数据处理软件的实用性，实现对大量数据的处理 30。 所构建的无线广播电视监测网，有国内和国外两个监