譚躍聰

（陜西省安康市嵐皋縣融媒體中心<嵐皋廣播電視臺(tái)> 陜西 安康 725400）

0 引言

移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓人們的工作和生活更加便攜化，新媒體層出不窮，社交媒體呈現(xiàn)高速發(fā)展的節(jié)奏。移動(dòng)辦公的普及率大大增加，讓廣播電視領(lǐng)域也得到了新的發(fā)展。廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要充分考慮到網(wǎng)絡(luò)的安全性，通過(guò)移動(dòng)化的設(shè)計(jì)原則，基于廣播電視的新媒體掌上終端業(yè)務(wù)，讓網(wǎng)絡(luò)電視得以高速發(fā)展，通過(guò)開(kāi)放性的軟件平臺(tái)，提高軟件的操作能力，還有利于習(xí)慣的培養(yǎng)，更加方便上手和操作。隨著新興媒體的不斷發(fā)展，廣播電視迎來(lái)了新媒體的浪潮，由近年來(lái)廣播電視的發(fā)展?fàn)顟B(tài)可以分析出，一些不法分子通過(guò)新媒體散播不利于社會(huì)發(fā)展的謠言，給我國(guó)的無(wú)線廣播帶來(lái)了嚴(yán)重的不良影響。因此，為了防止出現(xiàn)非法信號(hào)干擾的問(wèn)題，保證節(jié)目的正確播放，提高廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和穩(wěn)定性非常關(guān)鍵。

1 基于無(wú)線技術(shù)的廣播電視實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1.1 可靠性

廣播電視監(jiān)測(cè)工作最大的要求就是可靠性，因此在進(jìn)行系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)上，更需要選擇成熟的產(chǎn)品。為了避免器件出現(xiàn)高低溫和老化現(xiàn)象，所有的產(chǎn)品都需要進(jìn)行嚴(yán)格的環(huán)境試驗(yàn)，保證所有的系統(tǒng)軟件都要在出廠之前保證經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)的軟件測(cè)試[1]。

1.2 先進(jìn)性

當(dāng)系統(tǒng)在進(jìn)行數(shù)據(jù)的采集時(shí)，要保證信號(hào)處理分析與數(shù)據(jù)傳輸?shù)南冗M(jìn)性，同時(shí)更要保證系統(tǒng)的性能指標(biāo)在國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平生產(chǎn)線上，以確保系統(tǒng)的整個(gè)運(yùn)行周期的穩(wěn)定。

1.3 實(shí)用性

根據(jù)廣播電視的使用方式與頻率，在對(duì)前端進(jìn)行監(jiān)測(cè)之前，要保證管理的協(xié)調(diào)與統(tǒng)一，以完成在復(fù)雜電磁環(huán)境下的測(cè)向功能穩(wěn)定。

1.4 擴(kuò)充性

采用模塊化的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，當(dāng)監(jiān)測(cè)任務(wù)增加或者網(wǎng)絡(luò)規(guī)模擴(kuò)大，需要通過(guò)增加相應(yīng)的系統(tǒng)模塊擴(kuò)充系統(tǒng)的性能。

2 廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要針對(duì)廣播電視節(jié)目的安全播出進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以進(jìn)行收聽(tīng)收看、網(wǎng)絡(luò)視聽(tīng)等功能，對(duì)有線數(shù)字電視進(jìn)行監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)一個(gè)綜合監(jiān)管系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，該系統(tǒng)具有技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、高度自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)。廣播電視監(jiān)測(cè)行業(yè)在經(jīng)歷了自動(dòng)化到人工智能化的發(fā)展階段之后，現(xiàn)在已經(jīng)成為各級(jí)廣播監(jiān)測(cè)中心的重點(diǎn)，通過(guò)各級(jí)廣播監(jiān)測(cè)中心，了解廣播電視頻道的播出情況，并不斷完善廣播電視運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的自我監(jiān)控機(jī)制。廣播電視監(jiān)測(cè)智能化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與建立，需要建立在硬件交互的基礎(chǔ)上，具體設(shè)計(jì)如圖1所示[2]。

圖1 廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、遙控監(jiān)測(cè)站、數(shù)據(jù)管理中心構(gòu)成，并針對(duì)不同的需求采用了不同的體系架構(gòu)，對(duì)于前端檢測(cè)，需要多名員工進(jìn)行不同地點(diǎn)的同時(shí)監(jiān)聽(tīng)與查看，方便客戶(hù)端進(jìn)行操作，其交互性較強(qiáng)。采用B/S體系可以滿(mǎn)足多對(duì)多的檢測(cè)需要，對(duì)于數(shù)據(jù)管理中心而言，在進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)檢測(cè)時(shí)，要保證數(shù)據(jù)的安全性與準(zhǔn)確性，選擇C/S體系更能夠滿(mǎn)足準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性的需求。

3 基于空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)的無(wú)線廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空間譜估計(jì)測(cè)向的基本原理

由于監(jiān)測(cè)的寬頻帶內(nèi)信號(hào)多，每一個(gè)信號(hào)頻點(diǎn)分布的方式不同，且隨時(shí)發(fā)生著變化，影響無(wú)線傳播的環(huán)境，最常用的測(cè)向方式主徑信號(hào)較強(qiáng)，影響同頻干擾的獲取。當(dāng)同時(shí)存在多個(gè)信號(hào)時(shí)會(huì)發(fā)生同頻干擾問(wèn)題，解決的辦法就是利用空間譜估計(jì)，該方法具有多信號(hào)分離功能，常見(jiàn)的干涉儀測(cè)向方法主要針對(duì)的是存在同一個(gè)方向上的信號(hào)[3]。

空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)存在多個(gè)相干波，對(duì)于同一個(gè)信道中的信號(hào)而言，需要進(jìn)行多個(gè)信號(hào)的測(cè)向，以實(shí)現(xiàn)超分辨測(cè)向的功能。利用最少的信號(hào)方式獲取最佳精準(zhǔn)的測(cè)向，這種測(cè)向更加適用于跳頻信號(hào)中，也可以應(yīng)用在高測(cè)向中，可以獲取更加精準(zhǔn)的靈敏性與準(zhǔn)確度。測(cè)向?qū)τ趫?chǎng)地環(huán)境的要求不高，只需要完成天線陣元的方向特性即可。選擇靈活的陣元位置，使用空間譜估計(jì)可以對(duì)接收的信息進(jìn)行運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的準(zhǔn)確還原。通道與陣元在作用下并不是互相照應(yīng)的，而是通過(guò)空間組成的，最常見(jiàn)的方式是將陣元與通道進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，以保證空間場(chǎng)的實(shí)時(shí)性?？臻g譜估計(jì)技術(shù)利用復(fù)雜的數(shù)據(jù)形式進(jìn)行特征參數(shù)的提取，以構(gòu)建目標(biāo)空間的電磁場(chǎng)，空間譜估計(jì)算法利用最具代表性的多重信號(hào)分類(lèi)算法，對(duì)陣列的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)分解，以實(shí)現(xiàn)對(duì)天線陣的接收信號(hào)進(jìn)行特征分解，從而得到與信號(hào)分量相對(duì)應(yīng)的信號(hào)子空間。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 安全設(shè)計(jì)

基于無(wú)線技術(shù)的廣播電視實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其安全設(shè)計(jì)極為重要。內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)通過(guò)安全通道隔離技術(shù)，讓網(wǎng)絡(luò)之間實(shí)現(xiàn)隔離，將內(nèi)外網(wǎng)的路由網(wǎng)絡(luò)更改為不可用，從而抵御來(lái)自外界的攻擊。通過(guò)專(zhuān)業(yè)的通信硬件和安全協(xié)議，實(shí)現(xiàn)訪問(wèn)控制和身份認(rèn)證，以此來(lái)提高內(nèi)外網(wǎng)絡(luò)的隔離等級(jí)，從而保證數(shù)據(jù)的安全性與完整性。

利用防火墻，實(shí)現(xiàn)與服務(wù)器的連接，通過(guò)模擬登錄的方式接入網(wǎng)絡(luò)，利用防火墻定制高強(qiáng)度的安全策略，從而保證模擬登錄服務(wù)器的連接有效性，通過(guò)關(guān)閉其他的服務(wù)和端口，實(shí)現(xiàn)更加便捷的數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)器通過(guò)外網(wǎng)模擬服務(wù)器的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送，外網(wǎng)對(duì)接收到的內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)完成處理后一并存入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，服務(wù)器通過(guò)客戶(hù)端完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)服務(wù)，可信用戶(hù)管理通過(guò)無(wú)線發(fā)射機(jī)完成對(duì)移動(dòng)用戶(hù)的監(jiān)測(cè)。針對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的特定用戶(hù)，無(wú)線發(fā)射機(jī)移動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)會(huì)對(duì)用戶(hù)的管理機(jī)制進(jìn)行認(rèn)定，認(rèn)定通過(guò)后方可進(jìn)行注冊(cè)。

3.2.2 系統(tǒng)概述

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要堅(jiān)持方便管理維護(hù)、穩(wěn)定運(yùn)行、經(jīng)濟(jì)的設(shè)計(jì)原則，同時(shí)還要保證系統(tǒng)的實(shí)用性、可靠性與先進(jìn)性，確保整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。系統(tǒng)要兼?zhèn)涓玫厣?jí)和兼容能力，使用先進(jìn)的技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)調(diào)頻廣播與數(shù)字電視節(jié)目的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字電視多套節(jié)目畫(huà)面的有效組合顯示，以便更好地實(shí)現(xiàn)編碼轉(zhuǎn)換、節(jié)目解密、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)等功能，從而更加適用于廣播電視播出的質(zhì)量管理[4]。

整個(gè)系統(tǒng)采用嵌入式的設(shè)計(jì)方式，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)合同步視頻廣播信號(hào)、數(shù)字視頻廣播、地面數(shù)字電視的監(jiān)測(cè)，同時(shí)還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星廣播、模擬視頻/音頻/射頻的監(jiān)測(cè)，還需要具備以下特點(diǎn)：

基于IP架構(gòu)下，通過(guò)用戶(hù)數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議進(jìn)行組網(wǎng)，讓所有的設(shè)備實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，所有的監(jiān)測(cè)都需要通過(guò)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)獲取流量，實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算機(jī)的監(jiān)測(cè)。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行集中調(diào)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的設(shè)置部署，以更好地適應(yīng)信號(hào)規(guī)模的拓展。為了解決系統(tǒng)維護(hù)困難的問(wèn)題，采用UDP傳輸協(xié)議、TS封裝格式進(jìn)行設(shè)計(jì)，加入多種音視頻解碼功能，實(shí)行兩個(gè)頻點(diǎn)和多套調(diào)頻廣播的發(fā)射，讓系統(tǒng)可以對(duì)這些節(jié)目信號(hào)進(jìn)行快速處理，同時(shí)對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行特定的形式顯示。

提供音視頻監(jiān)測(cè)。實(shí)現(xiàn)無(wú)視頻/音頻的監(jiān)測(cè)，針對(duì)視頻靜止、黑屏等故障情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，劃定監(jiān)測(cè)區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻故障的有效監(jiān)控，完成對(duì)視頻的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)。同時(shí)，還可以進(jìn)行噪音的識(shí)別，實(shí)現(xiàn)對(duì)單聲道的判斷。支持信號(hào)源地址變更，完成對(duì)視頻PID的變更，分別對(duì)音頻PID和視頻PID進(jìn)行監(jiān)測(cè)，還可以對(duì)分辨率和色彩格式的變化進(jìn)行故障監(jiān)測(cè)。此外，系統(tǒng)還提供多種報(bào)警方式，通過(guò)不同形式的報(bào)警方式，結(jié)合廣播電視的實(shí)際情況，制定完整的報(bào)警標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)故障進(jìn)行循環(huán)播報(bào)，對(duì)于故障進(jìn)行人工審核，并對(duì)事故畫(huà)面進(jìn)行突出顯示。

靈活的監(jiān)測(cè)方式。系統(tǒng)除了可以對(duì)特定節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)之外，還可以對(duì)其他節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，通過(guò)各種板卡之間的頻點(diǎn)實(shí)現(xiàn)對(duì)其他節(jié)目的輪流監(jiān)控和巡查，不會(huì)影響各個(gè)窗口的監(jiān)控畫(huà)面，巡查的畫(huà)面可以來(lái)回切換，不會(huì)出現(xiàn)黑屏故障。每一臺(tái)設(shè)備都具有多種輸出接口，方便與相關(guān)的設(shè)備進(jìn)行連接，通過(guò)調(diào)整屏幕分辨率，讓畫(huà)面的組合更加靈活，同時(shí)還可以對(duì)屏幕進(jìn)行分割，實(shí)現(xiàn)對(duì)模板文件的導(dǎo)入和導(dǎo)出。

3.2.3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

該系統(tǒng)由接收機(jī)、監(jiān)測(cè)天線、測(cè)向天線陣、放大器等部件組成，并配有電源系統(tǒng)、GPS、電子羅盤(pán)等設(shè)備，系統(tǒng)的原理框架如圖2所示[5]。

圖2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

根據(jù)實(shí)際的工作需要，要想實(shí)時(shí)的控制射頻的天線陣元與放大器，需要根據(jù)接收的信號(hào)幅度進(jìn)行工作狀態(tài)的選擇。接收機(jī)負(fù)責(zé)接收天線的信號(hào)，利用處理單元進(jìn)行運(yùn)算，以完成空間譜估計(jì)的測(cè)向。根據(jù)監(jiān)測(cè)環(huán)境的復(fù)雜性，對(duì)于接收數(shù)據(jù)中所包含的信號(hào)特征與空間環(huán)境，可以使用空間陣列與傳輸路徑的方式實(shí)現(xiàn)。當(dāng)系統(tǒng)需要通過(guò)校準(zhǔn)信號(hào)進(jìn)行內(nèi)部消極影響的消除時(shí)，測(cè)向接收機(jī)所傳輸?shù)男盘?hào)會(huì)與測(cè)向處理單元的信號(hào)進(jìn)行共同計(jì)算，從而得到目標(biāo)源所需要的相關(guān)參數(shù)。相同的硬件系統(tǒng)需要通過(guò)不同的方式進(jìn)行天線陣的布置，以保證每層天線的排列均勻，將射頻切換矩陣統(tǒng)一安裝在天線陣中，讓每一層的天線都具有充分的考慮，以消除天線之間的耦合影響，并將其統(tǒng)一集成在天線陣中，在不影響測(cè)向天線性能的基礎(chǔ)上加強(qiáng)集成效果，以方便用戶(hù)的使用。

為了使天線陣的形狀發(fā)揮出最大的效率，需要以每條基線作為原則，因?yàn)楫?dāng)前涉及的天線陣以圓陣為主，陣元數(shù)的每條基線利用率較高，陣元數(shù)的多少需要與天線的陣孔徑相對(duì)應(yīng)。本系統(tǒng)采用五陣元測(cè)向天線陣技術(shù)，采用多層五陣元天線陣，每一層的天線都均勻排列，連成圓形陣，所連接的射頻都包括在天線陣中，每一層的天線都需要充分考慮如何消除天線之間的耦合與反射情況，并將其都集成在測(cè)向天線陣中，在不影響天線的性能情況下，要加強(qiáng)集成效果，以方便用戶(hù)的使用。

根據(jù)圖3可以得到，天線接收的信號(hào)存在波程差是測(cè)向的基礎(chǔ)，測(cè)向的天線包括垂直極化五陣元、水平極化五陣元[6]。

圖3 測(cè)向天線示意圖

該系統(tǒng)所配置的信道監(jiān)測(cè)測(cè)向接收機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的接收。該接收機(jī)選擇高動(dòng)態(tài)的二次變頻技術(shù)，該技術(shù)的抗干擾能力強(qiáng)，利用DDS技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)更快的換頻，其頻率的穩(wěn)定性更高。校準(zhǔn)的信號(hào)源采用梳狀譜發(fā)生器，使用更加方便。

天線陣元接收無(wú)線電信號(hào)在輸入接收機(jī)后信號(hào)變?yōu)橹蓄l，該信號(hào)經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換后輸出的數(shù)字信號(hào)會(huì)直接送至測(cè)向處理單元進(jìn)行分析，以實(shí)現(xiàn)對(duì)空間信號(hào)的數(shù)目，方便其他信號(hào)的到達(dá)?？臻g譜估計(jì)測(cè)向方法通過(guò)測(cè)向算法可以在信號(hào)處理的終端上得到更好的實(shí)現(xiàn)。

4 廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。用戶(hù)在登錄后，需要判斷廣播電視的類(lèi)型，通過(guò)選擇頻道和站點(diǎn)對(duì)節(jié)目進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)異常后，值班人員通過(guò)語(yǔ)音報(bào)警的方式進(jìn)行提醒，通過(guò)查看表格列表顯示節(jié)目的報(bào)警詳情。

圖4 前端實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)流程

廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以無(wú)時(shí)無(wú)刻監(jiān)控電視頻道的播出狀態(tài)，將選擇的視頻畫(huà)面回傳，實(shí)時(shí)查看視頻、錄像、頻譜等指標(biāo)，并對(duì)指標(biāo)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和掃描。支持多畫(huà)面組合顯示，一旦發(fā)現(xiàn)異常，會(huì)及時(shí)報(bào)警并通知值班人員[7-8]。廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)按照季度或年度的方式生成各類(lèi)數(shù)據(jù)報(bào)表，方便值班人員隨時(shí)進(jìn)行查看。并對(duì)監(jiān)測(cè)前端和情況進(jìn)行分析，通過(guò)核對(duì)異常信息，采取相對(duì)應(yīng)的行動(dòng)。另外，系統(tǒng)還可以自動(dòng)生成地理信息系統(tǒng)，通過(guò)地理信息系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備，并及時(shí)顯示設(shè)備的狀態(tài)信息，從而方便檢修人員及時(shí)進(jìn)行處理。

5 結(jié)語(yǔ)

本文基于空間譜估計(jì)測(cè)向技術(shù)所設(shè)計(jì)的一種新型廣播電視監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，滿(mǎn)足了對(duì)大數(shù)據(jù)的操作需求，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多用戶(hù)的監(jiān)測(cè)。通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)查詢(xún)，完成復(fù)雜業(yè)務(wù)的需要，從而有利于系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。在此硬件環(huán)境的基礎(chǔ)下，采用兼容性較好的設(shè)計(jì)語(yǔ)言，實(shí)現(xiàn)較好的交互性。實(shí)現(xiàn)節(jié)目的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)播出異常后及時(shí)進(jìn)行處理，保證節(jié)目頻道的安全播放。