楊開明，楊鏡卉，楊 健，鄭 平

（大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)，云南 大理 671003）

0 引 言

近年來，隨著無線發(fā)射臺(tái)站發(fā)射設(shè)備和轉(zhuǎn)播節(jié)目的增多，依靠傳統(tǒng)的人工監(jiān)聽監(jiān)看、定時(shí)巡檢抄表的純?nèi)斯けO(jiān)測(cè)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(shè)以自動(dòng)監(jiān)控技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧發(fā)射臺(tái)站[1]。大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)對(duì)此進(jìn)行積極探索，建設(shè)了自臺(tái)發(fā)射監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)廣播電視設(shè)備、信號(hào)進(jìn)行播出全環(huán)節(jié)自動(dòng)監(jiān)測(cè)監(jiān)控，減輕一線值機(jī)員工作強(qiáng)度，提高廣播電視節(jié)目播出成功率，加快發(fā)射臺(tái)管理模式向現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變。

1 建設(shè)目標(biāo)

大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)是典型的艱苦高山無線發(fā)射臺(tái)，信源前端機(jī)房位于大理古城，發(fā)射機(jī)房位于大理蒼山小岑峰之巔，海拔4 092 m，一線值機(jī)人員輪流到發(fā)射機(jī)房值班值守。目前，大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)承擔(dān)著地面數(shù)字電視（DS-13CH、DS-14CH、DS-36CH）、調(diào)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(wù)。自臺(tái)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)將為4 套調(diào)頻廣播、3 套電視節(jié)目建立起完備的監(jiān)測(cè)體系，從安全、質(zhì)量、內(nèi)容三個(gè)緯度對(duì)信號(hào)進(jìn)行射頻和碼流層面分析，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的實(shí)時(shí)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與異常報(bào)警[2]。信源故障時(shí)可自動(dòng)切換至備份信源，提供視音頻內(nèi)容一致性比對(duì)服務(wù)和插播、誤播告警；系統(tǒng)對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制，發(fā)射機(jī)、天線故障時(shí)可自動(dòng)倒備；系統(tǒng)完成發(fā)射機(jī)房內(nèi)溫濕度、煙霧、水浸及供電等各項(xiàng)參數(shù)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，所有報(bào)警信息、信號(hào)分析數(shù)據(jù)、抄表數(shù)據(jù)等存入數(shù)據(jù)庫，具備報(bào)表統(tǒng)計(jì)和打印功能，進(jìn)一步提高發(fā)射臺(tái)自動(dòng)化程度。

2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

基于模塊化設(shè)計(jì)思想，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)分為信源智能切換、多畫面監(jiān)測(cè)報(bào)警、發(fā)射機(jī)監(jiān)控以及機(jī)房動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)共4 個(gè)子系統(tǒng)，采用瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）和客戶端/服務(wù)器（Client/Server，C/S）混合架構(gòu)，通過統(tǒng)一監(jiān)管平臺(tái)整合各子系統(tǒng)。發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集部分采用分布式結(jié)構(gòu)，采集控制器與監(jiān)控主機(jī)分離[3]。在監(jiān)測(cè)層面，用戶通過瀏覽器進(jìn)行遠(yuǎn)程維護(hù)、報(bào)警查詢及數(shù)據(jù)分析等操作。以1 個(gè)頻點(diǎn)CDR 廣播節(jié)目、1 個(gè)頻點(diǎn)3 套AVS+電視為例，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)的架構(gòu)如圖1 所示。

由圖1 可知，自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)基于TS over IP 技術(shù)構(gòu)建，AVS+、數(shù)字廣播、數(shù)字電視信號(hào)全部轉(zhuǎn)為以太網(wǎng)IP 信號(hào)，信號(hào)的處理調(diào)度均在IP 網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行。核心交換機(jī)選用千兆交換機(jī)，滿足網(wǎng)絡(luò)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(wù)數(shù)據(jù)，并為將來監(jiān)控設(shè)備的增加留出足夠帶寬。整個(gè)系統(tǒng)使用GPS 統(tǒng)一授時(shí)，確保設(shè)備時(shí)鐘的一致性。

圖1 大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺(tái)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 各子系統(tǒng)及技術(shù)要點(diǎn)

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(hào)源監(jiān)測(cè)和自動(dòng)/手動(dòng)切換。每套節(jié)目配置一臺(tái)數(shù)字音頻或者ASI 碼流切換器，預(yù)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(bào)警，同時(shí)播出信源將被切換至備信源上（信源切換順序?yàn)椤爸鳌鷤? →備2”），一旦主信源恢復(fù)，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(hào)不間斷[4]?？紤]到節(jié)目信號(hào)的應(yīng)急傳輸需求，在信號(hào)源與發(fā)射機(jī)之間的傳輸鏈路上配置數(shù)字音頻跳線盤，當(dāng)播出鏈路故障，可手動(dòng)將任意一套節(jié)目的任意一路信號(hào)源跳轉(zhuǎn)到發(fā)射機(jī)上，實(shí)現(xiàn)節(jié)目信號(hào)在緊急狀態(tài)下的應(yīng)急傳輸。

3.1.2 技術(shù)要點(diǎn)

3.1.2.1 信源狀態(tài)判別

準(zhǔn)確的信號(hào)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(hào)，若沒有檢測(cè)到信號(hào)，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(duì)物理鏈路正常但中間環(huán)節(jié)故障的情況，比如復(fù)用器故障時(shí)依然會(huì)輸出ASI 載波信號(hào)，此時(shí)，僅檢測(cè)有無載波并不能準(zhǔn)確判別信號(hào)狀態(tài)，需要對(duì)TS 流信號(hào)的內(nèi)容進(jìn)行檢測(cè)，如輸入信源出現(xiàn)失鎖、全空包、PAT 錯(cuò)誤等任意一種情況，均會(huì)被視為信號(hào)異常。

3.1.2.2 信號(hào)鏈路全景展示

信號(hào)鏈路全景展示基于信源傳輸過程建立抽象鏈路模型，實(shí)時(shí)展示各監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)的視音頻畫面，實(shí)現(xiàn)鏈路設(shè)備和信號(hào)的關(guān)聯(lián)展示。如設(shè)備、鏈路顯示紅色表示信號(hào)報(bào)警，方便值機(jī)人員和技術(shù)維護(hù)人員直觀地了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，迅速定位故障設(shè)備、故障通道、故障鏈路，為人工干預(yù)、搶險(xiǎn)維修提供決策依據(jù)，提高維護(hù)效率。

3.2 多畫面監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)

3.2.1 功 能

AVS+和數(shù)字廣播射頻信號(hào)經(jīng)過數(shù)字電視調(diào)諧器和數(shù)字廣播調(diào)諧器解調(diào)轉(zhuǎn)換為IP 組播流，進(jìn)入多畫面監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)，按預(yù)設(shè)通道以一定的延時(shí)循環(huán)播放，完成廣播電視節(jié)目的內(nèi)容監(jiān)測(cè)、自動(dòng)報(bào)警、內(nèi)容一致性比對(duì)以及轉(zhuǎn)碼錄像等功能。

3.2.2 技術(shù)要點(diǎn)

3.2.2.1 信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)

多畫面監(jiān)控報(bào)警系統(tǒng)的信號(hào)質(zhì)量監(jiān)測(cè)支持常見廣播電視編碼格式AVS+、H.265、H.264、MEPG-2、MPEG-4、調(diào)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(cè)。多畫面分割顯示內(nèi)容靈活可配，監(jiān)測(cè)信號(hào)可根據(jù)實(shí)際需要集中在同一臺(tái)監(jiān)測(cè)主機(jī)內(nèi)顯示，也可獨(dú)立分開顯示。視音頻監(jiān)測(cè)在視頻顯示區(qū)兩邊疊加動(dòng)態(tài)音柱，標(biāo)題欄顯示節(jié)目名稱、來源，具備無伴音報(bào)警功能，可區(qū)分雙聲道與立體聲監(jiān)測(cè)；音頻信號(hào)的監(jiān)測(cè)以動(dòng)態(tài)柱形圖顯示，如圖2 所示，為多畫面監(jiān)測(cè)報(bào)警系統(tǒng)對(duì)音頻信號(hào)的監(jiān)測(cè)圖。

圖2 音頻信號(hào)的監(jiān)測(cè)

3.2.2.2 報(bào)警管理

監(jiān)測(cè)報(bào)警內(nèi)容包括信號(hào)丟失、視頻丟失、靜幀、黑場(chǎng)、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(tái)站播出節(jié)目的實(shí)際情況，靈活設(shè)置報(bào)警時(shí)段和報(bào)警門限。報(bào)警內(nèi)容三級(jí)可選，支持獨(dú)立放大報(bào)警顯示和多畫面集中分屏顯示，每個(gè)節(jié)目可獨(dú)立設(shè)置非檢測(cè)時(shí)段，避免因正常停播造成誤報(bào)警。所有報(bào)警信息存入數(shù)據(jù)庫，保存時(shí)長達(dá)一年。系統(tǒng)支持按報(bào)警時(shí)間、報(bào)警級(jí)別、節(jié)目名等多條件組合查詢，并提供報(bào)警按時(shí)段統(tǒng)計(jì)和Excel 表格導(dǎo)出功能。

3.2.2.3 碼流分析

TS 碼流承載了諸多信息。對(duì)碼流進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)，便于在碼流異常時(shí)及時(shí)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(jié)構(gòu)分析、PCR 監(jiān)測(cè)、TR101-290 錯(cuò)誤分析等功能，可完成對(duì)IP、ASI、DVB-C、DVB-S/S2、DTMB 等信號(hào)的監(jiān)測(cè)。

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

（2）深度PSI/SI 信號(hào)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(shí)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。展示當(dāng)前TS 流的PCR 的詳細(xì)信息，包括PCR 的精度量、PCR 信息到達(dá)的時(shí)間間隔、PCR_PID、所屬節(jié)目、當(dāng)前傳送間隔、平均間隔、最大間隔、最小間隔、當(dāng)前精度、平均精度、最大精度以及最小精度。

（4）TR101-290 監(jiān)測(cè)。詳細(xì)的TR101-290 實(shí)時(shí)檢測(cè)錯(cuò)誤信息，對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行三級(jí)報(bào)警。所有監(jiān)測(cè)信息計(jì)入數(shù)據(jù)庫，以便做進(jìn)一步分析。

3.2.2.4 節(jié)目內(nèi)容一致性比對(duì)服務(wù)

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(duì)節(jié)目內(nèi)容一致性進(jìn)行比對(duì)。系統(tǒng)采用音頻頻譜信息和視頻關(guān)鍵幀抽取技術(shù)，對(duì)廣播節(jié)目通過快速傅里葉變換（Fast Fourier Transform，F(xiàn)FT）算法結(jié)合分幀處理技術(shù)，對(duì)電視節(jié)目采用視頻指紋特征值算法配合逐幀檢測(cè)方案，對(duì)空收信號(hào)和備份信源信號(hào)內(nèi)容一致性進(jìn)行智能運(yùn)算檢測(cè)，輸出報(bào)警，減輕一線值機(jī)人員監(jiān)聽監(jiān)看壓力，實(shí)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(jī)人員提供節(jié)目內(nèi)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(chǔ)以及回放錄像文件等，支持標(biāo)清（720×576）、高清（1 920×1 080）節(jié)目的轉(zhuǎn)碼錄制，提供定時(shí)錄制、手動(dòng)錄制、報(bào)警錄制等多種錄制方式。視音頻信號(hào)以AVS+格式轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)，音頻DRA 信號(hào)以mp3 格式轉(zhuǎn)碼存儲(chǔ)。正常節(jié)目錄制存儲(chǔ)7 天，異常節(jié)目時(shí)形成的故障錄像存儲(chǔ)30 天。

3.3 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)

3.3.1 功 能

發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控主機(jī)、發(fā)射機(jī)數(shù)據(jù)采集控制器、同軸開關(guān)等設(shè)備，主要完成發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)工作參數(shù)采集、監(jiān)測(cè)，遠(yuǎn)程定時(shí)（手動(dòng)）開、關(guān)發(fā)射機(jī)以及發(fā)射機(jī)、天線的自動(dòng)倒換等功能。發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

圖3 發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.3.2 技術(shù)要點(diǎn)

3.3.2.1 發(fā)射機(jī)狀態(tài)采集控制

采集控制器負(fù)責(zé)發(fā)射機(jī)工作數(shù)據(jù)采集工作，內(nèi)含高精度時(shí)鐘，可獨(dú)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(yīng)不同廠家、不同類型的發(fā)射機(jī)物理接口，同時(shí)完成對(duì)發(fā)射機(jī)主控單元、激勵(lì)器的采集控制工作。目前，大多數(shù)發(fā)射機(jī)都預(yù)留了數(shù)字接口，按發(fā)射機(jī)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(jī)的啟/停、復(fù)位等操作。

3.3.2.2 發(fā)射機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)控制

系統(tǒng)以圖形化方式實(shí)時(shí)展示發(fā)射機(jī)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(biāo)和播出的節(jié)目信息、發(fā)射機(jī)開關(guān)狀態(tài)以及發(fā)射機(jī)與發(fā)射天線和假負(fù)載的位置關(guān)系等信息；可對(duì)發(fā)射機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，包括開關(guān)發(fā)射機(jī)、升降輸出功率、故障復(fù)位等操作，提供在線設(shè)置發(fā)射機(jī)狀態(tài)采集控制器開關(guān)機(jī)時(shí)間、報(bào)警門限參數(shù)等功能。所有發(fā)射機(jī)狀態(tài)量、模擬量和障礙報(bào)警信息全部存放在監(jiān)控主機(jī)數(shù)據(jù)庫。發(fā)射機(jī)工作數(shù)據(jù)保存時(shí)長3個(gè)月，故障報(bào)警數(shù)據(jù)保存12 個(gè)月。

3.3.2.3 發(fā)射機(jī)倒換控制

當(dāng)監(jiān)控主機(jī)監(jiān)測(cè)到發(fā)射機(jī)輸出功率低于預(yù)先設(shè)定的功率，系統(tǒng)將自動(dòng)進(jìn)行主備機(jī)倒換。倒換步驟為：監(jiān)控主機(jī)首先發(fā)送關(guān)機(jī)命令，關(guān)閉主發(fā)射機(jī)，其次發(fā)送命令到同軸開關(guān)控制器控制同軸開關(guān)切換至備機(jī)，最后開啟發(fā)射機(jī)備機(jī)，完成發(fā)射機(jī)倒換。倒換前關(guān)閉主備發(fā)射機(jī)，是為了避免高電壓、大電流損壞設(shè)備。

3.3.2.4 天線倒換控制

當(dāng)監(jiān)控主機(jī)監(jiān)測(cè)到主天線駐波比高于設(shè)定值，將自動(dòng)進(jìn)行主備天線倒換。倒換步驟類似發(fā)射機(jī)倒換過程，先關(guān)閉發(fā)射機(jī)，再倒換天線，最后開啟發(fā)射機(jī)。

3.3.2.5 指標(biāo)檢測(cè)

為實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)維修，發(fā)射機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)提供指標(biāo)測(cè)試和故障診斷功能，可實(shí)時(shí)在線測(cè)試調(diào)頻發(fā)射機(jī)的頻偏、頻率相應(yīng)、失真度、左右信號(hào)分離度、信噪比和數(shù)字電視發(fā)射機(jī)的載波功率、帶肩、載噪比、MER、誤碼率等指標(biāo)，供技術(shù)人員排除安全隱患，提高故障處理的效率，減少因設(shè)備故障而引起的安全播出事故。

3.4 動(dòng)力環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

南、北發(fā)射機(jī)房分別各加裝1 個(gè)溫濕度傳感器、2 個(gè)煙霧傳感器、2 個(gè)水浸傳感器及2 個(gè)電力數(shù)據(jù)采集器，實(shí)時(shí)采集機(jī)房內(nèi)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(cè)主機(jī)上實(shí)時(shí)顯示并記錄。系統(tǒng)設(shè)定各類傳感器報(bào)警門限，當(dāng)監(jiān)測(cè)參數(shù)越界時(shí)告警通知相應(yīng)人員，達(dá)到無人或少人值守，為機(jī)房高效的管理和安全運(yùn)營提供有力的保證。

4 安全防護(hù)

系統(tǒng)建設(shè)參照了廣播電視信息系統(tǒng)安全等級(jí)保護(hù)的基本要求，從3 個(gè)方面加強(qiáng)安全防護(hù)。

（1）在用戶管理模塊中對(duì)用戶實(shí)施身份驗(yàn)證，采用嚴(yán)格的權(quán)限控制訪問，防止用戶越權(quán)訪問數(shù)據(jù)和誤操作，并對(duì)合法用戶也合理地設(shè)置權(quán)限。用戶所有操作都記錄在日志中。

（2）對(duì)重點(diǎn)鏈路、設(shè)備進(jìn)行冗余備份，選用可靠性、穩(wěn)定性高的嵌入式監(jiān)控設(shè)備，具備完善的數(shù)據(jù)備份和故障恢復(fù)機(jī)制，避免因故障導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失損壞。

（3）考慮到發(fā)射機(jī)房處于雷電多發(fā)區(qū)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行防雷電措施保護(hù)。

5 結(jié) 語

高山無線發(fā)射臺(tái)地處偏遠(yuǎn)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(dòng)化、智能化，是未來發(fā)展的必然選擇。依托信號(hào)播出流程構(gòu)建的發(fā)射自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)節(jié)目傳輸設(shè)備、鏈路狀況、節(jié)目流數(shù)據(jù)、信號(hào)流水、發(fā)射機(jī)狀態(tài)以及機(jī)房動(dòng)力環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)告警，實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和信號(hào)、設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一管理，降低了一線值機(jī)員的監(jiān)聽監(jiān)看壓力，減少故障處理時(shí)間過長和人為誤操作引發(fā)的安全播出事故，實(shí)現(xiàn)了故障的快速發(fā)現(xiàn)、定位，提高了維護(hù)效率，是實(shí)現(xiàn)無線發(fā)射臺(tái)站智慧化運(yùn)行維護(hù)的得力助手。