楊開明，楊鏡卉，楊 健，鄭 平

（大理州蒼山電視轉播臺，云南 大理 671003）

0 引 言

近年來，隨著無線發(fā)射臺站發(fā)射設備和轉播節(jié)目的增多，依靠傳統(tǒng)的人工監(jiān)聽監(jiān)看、定時巡檢抄表的純人工監(jiān)測方式已無法滿足廣播電視節(jié)目安全播出的需要。為此，國家廣播電視總局提出加快建設以自動監(jiān)控技術為基礎的智慧發(fā)射臺站[1]。大理州蒼山電視轉播臺對此進行積極探索，建設了自臺發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)，對廣播電視設備、信號進行播出全環(huán)節(jié)自動監(jiān)測監(jiān)控，減輕一線值機員工作強度，提高廣播電視節(jié)目播出成功率，加快發(fā)射臺管理模式向現(xiàn)代化轉變。

1 建設目標

大理州蒼山電視轉播臺是典型的艱苦高山無線發(fā)射臺，信源前端機房位于大理古城，發(fā)射機房位于大理蒼山小岑峰之巔，海拔4 092 m，一線值機人員輪流到發(fā)射機房值班值守。目前，大理州蒼山電視轉播臺承擔著地面數(shù)字電視（DS-13CH、DS-14CH、DS-36CH）、調頻廣播（FM91.0 MHz、FM87.8 MHz、FM101.2 MHz、FM102.7 MHz）以 及中國數(shù)字廣播（Convergent Digital Radio，CDR）等共33 套廣播電視節(jié)目的無線覆蓋任務。自臺自動監(jiān)控系統(tǒng)將為4 套調頻廣播、3 套電視節(jié)目建立起完備的監(jiān)測體系，從安全、質量、內容三個緯度對信號進行射頻和碼流層面分析，實現(xiàn)信號的實時自動監(jiān)測與異常報警[2]。信源故障時可自動切換至備份信源，提供視音頻內容一致性比對服務和插播、誤播告警；系統(tǒng)對發(fā)射機進行實時狀態(tài)監(jiān)測和遠程控制，發(fā)射機、天線故障時可自動倒備；系統(tǒng)完成發(fā)射機房內溫濕度、煙霧、水浸及供電等各項參數(shù)的遠程監(jiān)測，所有報警信息、信號分析數(shù)據(jù)、抄表數(shù)據(jù)等存入數(shù)據(jù)庫，具備報表統(tǒng)計和打印功能，進一步提高發(fā)射臺自動化程度。

2 系統(tǒng)總體設計

基于模塊化設計思想，自動監(jiān)控系統(tǒng)分為信源智能切換、多畫面監(jiān)測報警、發(fā)射機監(jiān)控以及機房動力環(huán)境監(jiān)測共4 個子系統(tǒng)，采用瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）和客戶端/服務器（Client/Server，C/S）混合架構，通過統(tǒng)一監(jiān)管平臺整合各子系統(tǒng)。發(fā)射機數(shù)據(jù)采集部分采用分布式結構，采集控制器與監(jiān)控主機分離[3]。在監(jiān)測層面，用戶通過瀏覽器進行遠程維護、報警查詢及數(shù)據(jù)分析等操作。以1 個頻點CDR 廣播節(jié)目、1 個頻點3 套AVS+電視為例，自動監(jiān)控系統(tǒng)的架構如圖1 所示。

由圖1 可知，自動監(jiān)控系統(tǒng)基于TS over IP 技術構建，AVS+、數(shù)字廣播、數(shù)字電視信號全部轉為以太網(wǎng)IP 信號，信號的處理調度均在IP 網(wǎng)絡上進行。核心交換機選用千兆交換機，滿足網(wǎng)絡帶寬和通信容量方面的需求，高效穩(wěn)定地為各子系統(tǒng)提供業(yè)務數(shù)據(jù)，并為將來監(jiān)控設備的增加留出足夠帶寬。整個系統(tǒng)使用GPS 統(tǒng)一授時，確保設備時鐘的一致性。

圖1 大理州蒼山電視轉播臺自動監(jiān)控系統(tǒng)架構圖

3 各子系統(tǒng)及技術要點

3.1 信源智能切換系統(tǒng)

3.1.1 功 能

信源智能切換系統(tǒng)由數(shù)字音頻切換分配器、ASI 碼流切換分配器以及數(shù)字音頻處理器等組成，完成多路信號源監(jiān)測和自動/手動切換。每套節(jié)目配置一臺數(shù)字音頻或者ASI 碼流切換器，預留3 路信源輸入通道（光纖、微波），通道1 信源定義為主信源，若主信源丟失，蜂鳴器報警，同時播出信源將被切換至備信源上（信源切換順序為“主→備1 →備2”），一旦主信源恢復，播出信源又將被切換到主信源上。切換器的主通道具備斷電直通功能，確保切換器斷電后信號不間斷[4]。考慮到節(jié)目信號的應急傳輸需求，在信號源與發(fā)射機之間的傳輸鏈路上配置數(shù)字音頻跳線盤，當播出鏈路故障，可手動將任意一套節(jié)目的任意一路信號源跳轉到發(fā)射機上，實現(xiàn)節(jié)目信號在緊急狀態(tài)下的應急傳輸。

3.1.2 技術要點

3.1.2.1 信源狀態(tài)判別

準確的信號狀態(tài)判別是信源智能切換的前提。數(shù)字視/音頻切換器首先檢查接口信號，若沒有檢測到信號，說明物理鏈路斷路，切換器將切換信源至備份信源上[5]。針對物理鏈路正常但中間環(huán)節(jié)故障的情況，比如復用器故障時依然會輸出ASI 載波信號，此時，僅檢測有無載波并不能準確判別信號狀態(tài)，需要對TS 流信號的內容進行檢測，如輸入信源出現(xiàn)失鎖、全空包、PAT 錯誤等任意一種情況，均會被視為信號異常。

3.1.2.2 信號鏈路全景展示

信號鏈路全景展示基于信源傳輸過程建立抽象鏈路模型，實時展示各監(jiān)測節(jié)點的視音頻畫面，實現(xiàn)鏈路設備和信號的關聯(lián)展示。如設備、鏈路顯示紅色表示信號報警，方便值機人員和技術維護人員直觀地了解設備運行狀態(tài)，迅速定位故障設備、故障通道、故障鏈路，為人工干預、搶險維修提供決策依據(jù)，提高維護效率。

3.2 多畫面監(jiān)控報警系統(tǒng)

3.2.1 功 能

AVS+和數(shù)字廣播射頻信號經(jīng)過數(shù)字電視調諧器和數(shù)字廣播調諧器解調轉換為IP 組播流，進入多畫面監(jiān)控報警系統(tǒng)，按預設通道以一定的延時循環(huán)播放，完成廣播電視節(jié)目的內容監(jiān)測、自動報警、內容一致性比對以及轉碼錄像等功能。

3.2.2 技術要點

3.2.2.1 信號質量監(jiān)測

多畫面監(jiān)控報警系統(tǒng)的信號質量監(jiān)測支持常見廣播電視編碼格式AVS+、H.265、H.264、MEPG-2、MPEG-4、調頻、地面數(shù)字電視、常見音頻編碼格式MP2、MP3、AAV 等的節(jié)目監(jiān)測。多畫面分割顯示內容靈活可配，監(jiān)測信號可根據(jù)實際需要集中在同一臺監(jiān)測主機內顯示，也可獨立分開顯示。視音頻監(jiān)測在視頻顯示區(qū)兩邊疊加動態(tài)音柱，標題欄顯示節(jié)目名稱、來源，具備無伴音報警功能，可區(qū)分雙聲道與立體聲監(jiān)測；音頻信號的監(jiān)測以動態(tài)柱形圖顯示，如圖2 所示，為多畫面監(jiān)測報警系統(tǒng)對音頻信號的監(jiān)測圖。

圖2 音頻信號的監(jiān)測

3.2.2.2 報警管理

監(jiān)測報警內容包括信號丟失、視頻丟失、靜幀、黑場、彩條、馬賽克、音頻丟失、音量過高、音量過低以及聲道丟失等。用戶可根據(jù)臺站播出節(jié)目的實際情況，靈活設置報警時段和報警門限。報警內容三級可選，支持獨立放大報警顯示和多畫面集中分屏顯示，每個節(jié)目可獨立設置非檢測時段，避免因正常停播造成誤報警。所有報警信息存入數(shù)據(jù)庫，保存時長達一年。系統(tǒng)支持按報警時間、報警級別、節(jié)目名等多條件組合查詢，并提供報警按時段統(tǒng)計和Excel 表格導出功能。

3.2.2.3 碼流分析

TS 碼流承載了諸多信息。對碼流進行分析監(jiān)測，便于在碼流異常時及時加以處理。TS 碼流分析模塊提供碼流的基本信息分析、PSI/SI 結構分析、PCR 監(jiān)測、TR101-290 錯誤分析等功能，可完成對IP、ASI、DVB-C、DVB-S/S2、DTMB 等信號的監(jiān)測。

（1）碼流的基本結構分析。包括TS 流的信息構成、傳輸速率、視音頻帶寬、節(jié)目列表、PID 數(shù)量、網(wǎng)絡ID 以及網(wǎng)絡名稱等。

（2）深度PSI/SI 信號解析，完成MPEG2 格式定義中的PSI 和DVB 所定義的SI 樹圖的顯示和即時刷新。其中PSI分為PAT、PMT、CAT及NIT4類表格，SI 分 為SDT、EIT、TDT、TOT、BAT 及RST 等 其他表格。

（3）PCR 實時監(jiān)測。展示當前TS 流的PCR 的詳細信息，包括PCR 的精度量、PCR 信息到達的時間間隔、PCR_PID、所屬節(jié)目、當前傳送間隔、平均間隔、最大間隔、最小間隔、當前精度、平均精度、最大精度以及最小精度。

（4）TR101-290 監(jiān)測。詳細的TR101-290 實時檢測錯誤信息，對監(jiān)測結果進行三級報警。所有監(jiān)測信息計入數(shù)據(jù)庫，以便做進一步分析。

3.2.2.4 節(jié)目內容一致性比對服務

為了規(guī)避非法插播或誤播所造成的安全播出事故，保證播出節(jié)目正確性，最有效的方式是對節(jié)目內容一致性進行比對。系統(tǒng)采用音頻頻譜信息和視頻關鍵幀抽取技術，對廣播節(jié)目通過快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）算法結合分幀處理技術，對電視節(jié)目采用視頻指紋特征值算法配合逐幀檢測方案，對空收信號和備份信源信號內容一致性進行智能運算檢測，輸出報警，減輕一線值機人員監(jiān)聽監(jiān)看壓力，實現(xiàn)快速分析和故障處理。

3.2.2.5 錄像回放

錄像回放為值機人員提供節(jié)目內容收錄取證，主要功能包括接收TS over IP 組播、解碼、疊加OSD、再編碼、文件存儲以及回放錄像文件等，支持標清（720×576）、高清（1 920×1 080）節(jié)目的轉碼錄制，提供定時錄制、手動錄制、報警錄制等多種錄制方式。視音頻信號以AVS+格式轉碼存儲，音頻DRA 信號以mp3 格式轉碼存儲。正常節(jié)目錄制存儲7 天，異常節(jié)目時形成的故障錄像存儲30 天。

3.3 發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1 功 能

發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控主機、發(fā)射機數(shù)據(jù)采集控制器、同軸開關等設備，主要完成發(fā)射機實時工作參數(shù)采集、監(jiān)測，遠程定時（手動）開、關發(fā)射機以及發(fā)射機、天線的自動倒換等功能。發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)的結構如圖3 所示。

圖3 發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)架構圖

3.3.2 技術要點

3.3.2.1 發(fā)射機狀態(tài)采集控制

采集控制器負責發(fā)射機工作數(shù)據(jù)采集工作，內含高精度時鐘，可獨立工作，其三路串行RS-232/RS-422/RS-485 通信口和一路以太網(wǎng)接口，可適應不同廠家、不同類型的發(fā)射機物理接口，同時完成對發(fā)射機主控單元、激勵器的采集控制工作。目前，大多數(shù)發(fā)射機都預留了數(shù)字接口，按發(fā)射機廠家提供的通信協(xié)議完成參數(shù)和狀態(tài)量的采集，通過發(fā)送數(shù)據(jù)命令的形式完成發(fā)射機的啟/停、復位等操作。

3.3.2.2 發(fā)射機遠程監(jiān)測控制

系統(tǒng)以圖形化方式實時展示發(fā)射機的工作數(shù)據(jù)，包括入射功率、反射功率、駐波比及載波頻率等核心指標和播出的節(jié)目信息、發(fā)射機開關狀態(tài)以及發(fā)射機與發(fā)射天線和假負載的位置關系等信息；可對發(fā)射機進行遠程控制，包括開關發(fā)射機、升降輸出功率、故障復位等操作，提供在線設置發(fā)射機狀態(tài)采集控制器開關機時間、報警門限參數(shù)等功能。所有發(fā)射機狀態(tài)量、模擬量和障礙報警信息全部存放在監(jiān)控主機數(shù)據(jù)庫。發(fā)射機工作數(shù)據(jù)保存時長3個月，故障報警數(shù)據(jù)保存12 個月。

3.3.2.3 發(fā)射機倒換控制

當監(jiān)控主機監(jiān)測到發(fā)射機輸出功率低于預先設定的功率，系統(tǒng)將自動進行主備機倒換。倒換步驟為：監(jiān)控主機首先發(fā)送關機命令，關閉主發(fā)射機，其次發(fā)送命令到同軸開關控制器控制同軸開關切換至備機，最后開啟發(fā)射機備機，完成發(fā)射機倒換。倒換前關閉主備發(fā)射機，是為了避免高電壓、大電流損壞設備。

3.3.2.4 天線倒換控制

當監(jiān)控主機監(jiān)測到主天線駐波比高于設定值，將自動進行主備天線倒換。倒換步驟類似發(fā)射機倒換過程，先關閉發(fā)射機，再倒換天線，最后開啟發(fā)射機。

3.3.2.5 指標檢測

為實現(xiàn)精準維修，發(fā)射機監(jiān)控系統(tǒng)提供指標測試和故障診斷功能，可實時在線測試調頻發(fā)射機的頻偏、頻率相應、失真度、左右信號分離度、信噪比和數(shù)字電視發(fā)射機的載波功率、帶肩、載噪比、MER、誤碼率等指標，供技術人員排除安全隱患，提高故障處理的效率，減少因設備故障而引起的安全播出事故。

3.4 動力環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)

南、北發(fā)射機房分別各加裝1 個溫濕度傳感器、2 個煙霧傳感器、2 個水浸傳感器及2 個電力數(shù)據(jù)采集器，實時采集機房內溫度、濕度、漏水以及配電的相電壓、線電壓、電流、功率、功率因數(shù)、頻率等數(shù)據(jù)，以數(shù)字和圖形方式在監(jiān)測主機上實時顯示并記錄。系統(tǒng)設定各類傳感器報警門限，當監(jiān)測參數(shù)越界時告警通知相應人員，達到無人或少人值守，為機房高效的管理和安全運營提供有力的保證。

4 安全防護

系統(tǒng)建設參照了廣播電視信息系統(tǒng)安全等級保護的基本要求，從3 個方面加強安全防護。

（1）在用戶管理模塊中對用戶實施身份驗證，采用嚴格的權限控制訪問，防止用戶越權訪問數(shù)據(jù)和誤操作，并對合法用戶也合理地設置權限。用戶所有操作都記錄在日志中。

（2）對重點鏈路、設備進行冗余備份，選用可靠性、穩(wěn)定性高的嵌入式監(jiān)控設備，具備完善的數(shù)據(jù)備份和故障恢復機制，避免因故障導致的數(shù)據(jù)丟失損壞。

（3）考慮到發(fā)射機房處于雷電多發(fā)區(qū)，對設備進行防雷電措施保護。

5 結 語

高山無線發(fā)射臺地處偏遠高山地區(qū)，一般氣候惡劣、工作條件有限。提高播控系統(tǒng)的自動化、智能化，是未來發(fā)展的必然選擇。依托信號播出流程構建的發(fā)射自動監(jiān)控系統(tǒng)，對節(jié)目傳輸設備、鏈路狀況、節(jié)目流數(shù)據(jù)、信號流水、發(fā)射機狀態(tài)以及機房動力環(huán)境進行實時監(jiān)測告警，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和信號、設備自動監(jiān)測的統(tǒng)一管理，降低了一線值機員的監(jiān)聽監(jiān)看壓力，減少故障處理時間過長和人為誤操作引發(fā)的安全播出事故，實現(xiàn)了故障的快速發(fā)現(xiàn)、定位，提高了維護效率，是實現(xiàn)無線發(fā)射臺站智慧化運行維護的得力助手。