楊鏡卉，吳崇峰，韓 黎，楊開明

（大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺，云南 大理 671003）

0 引言

為進(jìn)一步構(gòu)建現(xiàn)代公共文化服務(wù)體系，完善廣播電視公共服務(wù)職能，國家廣播電視總局于2015 年啟動(dòng)中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程。該工程將傳統(tǒng)的模擬電視信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并通過無線方式傳輸?shù)饺珖鞯?，以提供更加清晰、穩(wěn)定和高質(zhì)量的廣播電視節(jié)目。針對云南山高谷低的地形地貌，廣播電視節(jié)目傳輸采用無線覆蓋的方式具有不可替代的優(yōu)勢。2015 年11 月，在云南省廣播電視局的統(tǒng)一部署下，大理白族自治州（以下簡稱大理州）投資1 900 余萬元啟動(dòng)了中央廣播電視節(jié)目無線數(shù)字化覆蓋工程。大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺由于特殊地理位置成為項(xiàng)目建設(shè)的重要組成部分，負(fù)責(zé)面向大理市轉(zhuǎn)播中央電視臺12 套數(shù)字電視節(jié)目和3 套數(shù)字廣播節(jié)目（閱讀之聲、鄉(xiāng)村之聲、老年廣播）。近年來，隨著轉(zhuǎn)播的廣播電視節(jié)目增多，發(fā)射臺站面臨的工作壓力逐漸增大。為緩解臺站的工作壓力，降低運(yùn)維成本，進(jìn)一步提升節(jié)目信號的覆蓋效果，2019 年大理州又組織實(shí)施地面數(shù)字電視自動(dòng)化監(jiān)測平臺建設(shè)，實(shí)現(xiàn)了中央廣播電視節(jié)目自動(dòng)監(jiān)測監(jiān)控。

1 設(shè)計(jì)思路

發(fā)射臺站的地面數(shù)字電視自動(dòng)化監(jiān)測平臺分為發(fā)射機(jī)集中監(jiān)管平臺和多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)兩部分。發(fā)射機(jī)監(jiān)管平臺是臺站運(yùn)維管理的核心，提供臺站信息維護(hù)和發(fā)射機(jī)、動(dòng)力環(huán)境、鏈路設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測功能，為值機(jī)員提供設(shè)備實(shí)時(shí)狀態(tài)參數(shù)，確保廣播電視節(jié)目信號正常播發(fā)。多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)基于TS Over IP 技術(shù)，獲取局域網(wǎng)中用戶數(shù)據(jù)報(bào)協(xié)議（User Datagram Protocol，UDP）組播碼流[1]。平臺具備對多樣高清、標(biāo)清節(jié)目的解碼能力，提供精確的視音頻內(nèi)容監(jiān)測和報(bào)警服務(wù)，支持實(shí)時(shí)監(jiān)測重點(diǎn)節(jié)目和對普通節(jié)目進(jìn)行輪巡監(jiān)測。系統(tǒng)預(yù)分配磁盤空間存儲節(jié)目錄像，支持轉(zhuǎn)碼錄像和原始碼流錄像，用戶可選擇手動(dòng)錄像和觸發(fā)錄像兩種錄像方式，以滿足不同需求。

2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

面向臺站的地面數(shù)字電視自動(dòng)化監(jiān)測平臺架構(gòu)如圖1 所示。

圖1 臺站地面數(shù)字電視自動(dòng)化監(jiān)測平臺架構(gòu)

系統(tǒng)主要由匯聚交換機(jī)、衛(wèi)星接收機(jī)、多通道異步串行接口（Asynchronous Serial Interface，ASI）碼流監(jiān)測卡、多通道地面數(shù)字多媒體廣播（Digital Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）解調(diào)監(jiān)測卡及多畫面監(jiān)測服務(wù)器等組成。

多通道ASI 碼流監(jiān)測卡實(shí)現(xiàn)ASI 信號向網(wǎng)際互連協(xié)議（Internet Protocol，IP）數(shù)據(jù)報(bào)的轉(zhuǎn)換，同時(shí)負(fù)責(zé)監(jiān)測TS 碼流傳輸環(huán)節(jié)中的丟包、重復(fù)數(shù)據(jù)、延遲和帶寬狀況等問題。它對TS 碼流內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如碼流PID、節(jié)目信息以及音視頻數(shù)據(jù)）的合規(guī)性和有效性進(jìn)行全面檢查，并在必要時(shí)發(fā)出報(bào)警。碼流監(jiān)測卡自帶兩個(gè)網(wǎng)口，一個(gè)用于傳輸碼流，另一個(gè)傳輸分析數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測系統(tǒng)的高效運(yùn)行和快速響應(yīng)。

多通道DTMB 解調(diào)監(jiān)測卡為嵌入式設(shè)計(jì)，支持單通道、多通道的單播或組播輸出，具備290 一級、290 二級、290 三級錯(cuò)誤以及PID 帶寬信道參數(shù)監(jiān)測和報(bào)警能力，可通過1004 協(xié)議（DVB-CI 協(xié)議）配置報(bào)警開關(guān)、報(bào)警門限各項(xiàng)參數(shù)，搭配多畫面監(jiān)測軟件實(shí)現(xiàn)DTMB 信號信道和碼流監(jiān)測報(bào)警。模塊化設(shè)計(jì)保證單通道故障不會對其他模塊產(chǎn)生影響。

3 發(fā)射機(jī)集中監(jiān)管平臺

發(fā)射機(jī)集中監(jiān)管平臺的目標(biāo)是全面提高發(fā)射臺站運(yùn)維效率。平臺集成了多個(gè)關(guān)鍵模塊，包括臺站監(jiān)測、發(fā)射機(jī)監(jiān)測、值班臺管理、查詢統(tǒng)計(jì)、信號切換、監(jiān)測配置和發(fā)射機(jī)倒換等。通過實(shí)時(shí)采集設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和數(shù)據(jù)指標(biāo)，平臺實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測報(bào)警、值班管理和指揮調(diào)度等多功能，為后續(xù)的運(yùn)維提供必要的技術(shù)支持。此外，發(fā)射臺集中監(jiān)管平臺具備設(shè)備控制、用戶管理等關(guān)鍵功能，用戶可遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理發(fā)射設(shè)備和鏈路，及時(shí)響應(yīng)故障，縮短修復(fù)時(shí)間，有效維護(hù)系統(tǒng)安全性，提高運(yùn)維效率。其軟件結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 發(fā)射機(jī)集中監(jiān)管平臺軟件結(jié)構(gòu)

監(jiān)管平臺整合資源與數(shù)據(jù)，直觀地展示前端采集的關(guān)鍵指標(biāo)，為用戶提供監(jiān)控視圖。平臺代理是監(jiān)管平臺與監(jiān)測前端后臺的通信樞紐，負(fù)責(zé)實(shí)時(shí)查詢和監(jiān)測數(shù)據(jù)的入庫操作。綜合監(jiān)測前端處理軟件負(fù)責(zé)匯總監(jiān)測前端采集的指標(biāo)，上報(bào)至平臺代理[2]。監(jiān)測前端處理軟件直接獲取下位機(jī)的狀態(tài)和指標(biāo)，響應(yīng)平臺指令，將處理后的結(jié)果報(bào)告給綜合監(jiān)測前端處理軟件。這種系統(tǒng)架構(gòu)保障了監(jiān)管平臺與監(jiān)測前端之間的信息流暢傳遞，確保監(jiān)測系統(tǒng)的協(xié)調(diào)運(yùn)作。

3.1 全景監(jiān)測

系統(tǒng)采用柱狀圖和餅狀圖的形式展示臺站發(fā)射機(jī)詳細(xì)統(tǒng)計(jì)信息，包括發(fā)射機(jī)數(shù)量、在線狀態(tài)以及故障等級，使統(tǒng)計(jì)信息一目了然。通過不同顏色標(biāo)識前端設(shè)備報(bào)警等級，為運(yùn)維人員提供直觀、詳盡的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀況概覽。

3.2 臺站監(jiān)測

臺站監(jiān)測模塊展示各臺站基本信息，監(jiān)測臺站傳輸鏈路、動(dòng)力環(huán)境及安防監(jiān)控等設(shè)備的指標(biāo)和運(yùn)行狀態(tài)。

在傳輸鏈路監(jiān)測方面，系統(tǒng)提供發(fā)射機(jī)、適配器、切換器和衛(wèi)星接收機(jī)等設(shè)備的實(shí)時(shí)指標(biāo)展示功能。點(diǎn)擊相應(yīng)設(shè)備，可顯示該設(shè)備詳細(xì)狀態(tài)信息，便于用戶發(fā)現(xiàn)設(shè)備潛在的問題，有效降低設(shè)備故障的風(fēng)險(xiǎn)。

針對機(jī)房動(dòng)力環(huán)境，系統(tǒng)采集顯示電力、不間斷電源（Uninterrupted Power Supply，UPS）、環(huán)境、空調(diào)、溫濕度傳感器、水浸、煙感傳感器指標(biāo)及其狀態(tài)，讓用戶全面了解機(jī)房運(yùn)行環(huán)境，確保設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。

在安防監(jiān)控方面，系統(tǒng)可調(diào)取攝像頭監(jiān)控視頻以及紅外、門禁等設(shè)備的狀態(tài)信息，提供機(jī)房安全性的全方位監(jiān)測。

3.3 發(fā)射機(jī)監(jiān)測

發(fā)射機(jī)監(jiān)測模塊集中展示發(fā)射機(jī)指標(biāo)及運(yùn)行狀態(tài)，通過采集并顯示臺站發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵參數(shù)，如發(fā)射頻率、入射功率、反射功率及駐波比等，為用戶提供全面的發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)信息。當(dāng)發(fā)射機(jī)指標(biāo)超出設(shè)定的報(bào)警門限時(shí)，系統(tǒng)會以面板變紅的方式進(jìn)行提示，提醒值機(jī)員及時(shí)干預(yù)，確保播出安全。用戶可通過系統(tǒng)直接調(diào)整發(fā)射頻率和功率，從而更精確地控制發(fā)射效果。用戶通過點(diǎn)擊發(fā)射機(jī)面板可實(shí)時(shí)查看該發(fā)射機(jī)頻點(diǎn)下的節(jié)目，使得廣播電視內(nèi)容監(jiān)管變得更加直觀和便捷。發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)如圖3 所示。

圖3 發(fā)射機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測

系統(tǒng)提供快速定位監(jiān)控發(fā)射機(jī)的功能，可按照發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)（包括開機(jī)、關(guān)機(jī)、前端離線、指標(biāo)超時(shí)、未知）和信號類型（地面數(shù)字電視、地面數(shù)字廣播）篩選展示發(fā)射機(jī)。用戶還可以選擇只查看報(bào)警發(fā)射機(jī)，以便快速定位正在報(bào)警的發(fā)射機(jī)。點(diǎn)擊面板上任一發(fā)射機(jī)，系統(tǒng)詳細(xì)顯示發(fā)射機(jī)的各項(xiàng)指標(biāo)和工作狀態(tài)。用戶鼠標(biāo)懸浮于某一指標(biāo)項(xiàng)上時(shí)，系統(tǒng)會顯示該指標(biāo)的報(bào)警門限。這一功能的引入不僅提升了用戶的使用體驗(yàn)，也有效解決了監(jiān)測過程中的煩瑣問題，提高了整體的監(jiān)控效率。

3.4 查詢統(tǒng)計(jì)

查詢統(tǒng)計(jì)模塊具備強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析和信息檢索能力，為用戶提供發(fā)射機(jī)、動(dòng)力環(huán)境設(shè)備指標(biāo)、故障信息以及用戶日志、設(shè)備運(yùn)行日志、停播率等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。用戶可靈活組合篩選條件進(jìn)行查詢，且查詢結(jié)果可導(dǎo)出為Excel 文件。該模塊旨在協(xié)助用戶迅速定位設(shè)備故障和原因，深度分析信號切換過程，為優(yōu)化信號切換策略、調(diào)整設(shè)備配置提供詳細(xì)依據(jù)。用戶可以通過該模塊評估設(shè)備的性能表現(xiàn)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決可能導(dǎo)致停播的問題。模塊還具備對用戶操作記錄的追蹤和審查功能，為播出系統(tǒng)的安全監(jiān)管提供切實(shí)有效支持。

3.5 信號切換

信號切換是保障廣播電視節(jié)目安全播出的重要手段之一。所謂信號切換，指當(dāng)主路發(fā)射機(jī)信號發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)將信號平穩(wěn)切換到備路或輔路，以持續(xù)不斷輸出正常信號的功能。

系統(tǒng)為每個(gè)切換設(shè)備配備主、備、輔三路通道，分別用黃、綠、灰顏色標(biāo)識信號通道的狀態(tài)，同時(shí)用紅、綠、灰標(biāo)識通道信號的運(yùn)行狀態(tài)。用戶只需通過鼠標(biāo)點(diǎn)擊某個(gè)設(shè)備的某個(gè)通道，即可直接實(shí)現(xiàn)通道的切換。系統(tǒng)引入發(fā)射機(jī)分組切換功能，用戶可以通過頻率類型、功率級別、服務(wù)類型及設(shè)備型號等對發(fā)射機(jī)進(jìn)行分組。在分組切換中，信號的切換將以分組形式進(jìn)行，當(dāng)同一分組下的某一設(shè)備切換到備路時(shí)，該組其他設(shè)備也會自動(dòng)同步切換到備路。通道優(yōu)先級依次為主＞備＞輔，僅支持主、備、輔通道之間的切換，即由主路到備路、備路到輔路、主路到輔路的切換，反之切換將無效。另外，系統(tǒng)提供了“一鍵到主、一鍵到備、一鍵到輔”切換功能，以提高操作的便捷性和效率，使用戶能夠在緊急情況下快速完成信號切換。

所有信號切換過程都將作為日志被詳細(xì)記錄，以供日后查詢和審閱，為故障分析和系統(tǒng)維護(hù)提供重要的參考依據(jù)。

3.6 值班臺管理

值班臺是發(fā)射機(jī)集中監(jiān)管平臺的用戶接口。用戶借助平臺提供的值班臺完成設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)測任務(wù)，接收處理告警信息，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，響應(yīng)異常并協(xié)調(diào)技術(shù)人員進(jìn)行故障處理。系統(tǒng)提供值班臺管理功能，用戶可根據(jù)實(shí)際值班需求定制值班臺的展示信息，可將發(fā)射機(jī)、動(dòng)環(huán)、安防及日志等內(nèi)容整合在一個(gè)頁面上，使值班監(jiān)測變得一目了然。值班臺的配置可保存為模塊，以便后續(xù)添加相同值班臺時(shí)選擇，提高了操作效率。

3.7 發(fā)射機(jī)倒備

若發(fā)射臺配置了主備發(fā)射機(jī)，并在系統(tǒng)前端進(jìn)行了主備類型配置，當(dāng)其中一臺發(fā)射機(jī)發(fā)生故障時(shí)，系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)射機(jī)的自動(dòng)倒換。用戶只需選擇需要進(jìn)行倒換的發(fā)射機(jī)，點(diǎn)擊“倒換”按鈕，即可觸發(fā)系統(tǒng)執(zhí)行發(fā)射機(jī)倒換操作。系統(tǒng)完成倒機(jī)后，故障發(fā)射機(jī)進(jìn)入假負(fù)載狀態(tài)，備機(jī)啟動(dòng)并將信號傳輸至天線。

4 多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)

多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)負(fù)責(zé)地面數(shù)字電視信源綜合監(jiān)測，包括節(jié)目內(nèi)容監(jiān)測、多畫面組合展示和（碼流）錄制、信號解密解擾及傳輸信道碼流監(jiān)測等功能。

4.1 音視頻內(nèi)容監(jiān)測

音視頻內(nèi)容監(jiān)測旨在捕捉廣播電視節(jié)目傳輸過程中出現(xiàn)的畫面或聲音異常，便于值機(jī)員和技術(shù)維護(hù)人員及時(shí)干預(yù)，以維護(hù)信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和完整性。系統(tǒng)監(jiān)測內(nèi)容涵蓋視頻解碼異常、黑場、靜幀、視頻丟失、音頻丟失、音量過高過低、馬賽克以及傳輸參數(shù)變更等多方面。顯示畫面布局可手動(dòng)配置，提供多種接口和高分辨率輸出。用戶可設(shè)置輸出畫面的編碼方式、分辨率、碼率、輸出組播地址/端口以及輸出網(wǎng)口。廣播電視節(jié)目播出內(nèi)容監(jiān)測畫面如圖4 所示。

圖4 廣播電視節(jié)目內(nèi)容監(jiān)測畫面

4.2 碼流監(jiān)測

多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)支持UDP、超文本傳輸協(xié)議（Hyper Text Transfer Protocol，HTTP）、實(shí)時(shí)消息傳輸協(xié)議（Real Time Messaging Protocol，RTMP）、實(shí)時(shí)傳輸協(xié)議（Real-time Transport Protocol，RTP）等傳輸協(xié)議和TS、FLV 等多媒體文件封裝格式，具備MPEG-2、MPEG-4、H.264、AVS、H.265、AVS+以及MP2、MP3、AC3、AAC、DRA 等多種視頻和音頻編碼標(biāo)準(zhǔn)解碼能力[3]，可監(jiān)測廣播電視數(shù)字信號中的節(jié)目和音視頻包標(biāo)識符（Packet IDentifier，PID）、幀率、碼率、時(shí)鐘同步、錯(cuò)誤檢測和糾錯(cuò)等關(guān)鍵指標(biāo)，確保信號的穩(wěn)定傳輸和解碼質(zhì)量。系統(tǒng)支持4K 節(jié)目圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）硬件解碼和高標(biāo)清節(jié)目軟件獨(dú)立進(jìn)程解碼，某個(gè)節(jié)目解碼崩潰時(shí)不影響其他監(jiān)測節(jié)目的正常運(yùn)行，可自適應(yīng)PID 及編碼方式變化，碼流中節(jié)目發(fā)生變化時(shí)仍能正常解碼和展示畫面[4]。

4.3 監(jiān)測配置

用戶可根據(jù)需要手動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測項(xiàng)門限配置，以滿足不同監(jiān)測場景和應(yīng)用。當(dāng)節(jié)目狀態(tài)觸發(fā)門限值時(shí)出現(xiàn)報(bào)警，系統(tǒng)提供日志報(bào)警、標(biāo)題欄報(bào)警、屏幕菜單調(diào)節(jié)方式（On-Screen Display，OSD）報(bào)警、語音報(bào)警、簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（Simple Network Management Protocol，SNMP）及切換器報(bào)警等報(bào)警方式，詳細(xì)的日志記錄和監(jiān)測數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫入庫為后續(xù)數(shù)據(jù)分析和故障診斷提供支持[5]。系統(tǒng)具備報(bào)警人工確認(rèn)與忽略功能，值機(jī)員或運(yùn)維人員可手動(dòng)暫停節(jié)目監(jiān)測，適時(shí)進(jìn)行報(bào)警控制。允許用戶按故障類型設(shè)置運(yùn)行圖，靈活地調(diào)整監(jiān)測策略，便于系統(tǒng)更有針對性地進(jìn)行監(jiān)測，提高對特定故障類型的敏感性和準(zhǔn)確性。

4.4 節(jié)目（碼流）錄像

對廣播電視播出節(jié)目或傳輸碼流進(jìn)行錄像，是后期故障診斷分析和證據(jù)收集的關(guān)鍵。多畫面監(jiān)測報(bào)警系統(tǒng)提供碼流錄制和節(jié)目錄制功能。節(jié)目錄制和碼流錄制的區(qū)別是碼流錄制時(shí)復(fù)用碼流中所有節(jié)目將全部被錄制。錄像時(shí)，用戶可靈活選擇碼率、分辨率，配置編碼方式和錄像時(shí)段，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定錄像開始和結(jié)束的時(shí)間。在錄像查詢方面，系統(tǒng)的多級索引和免拼接技術(shù)可實(shí)現(xiàn)對任意時(shí)長錄像的快速定位，提升了錄像的檢索和調(diào)用效率。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

大理州蒼山電視轉(zhuǎn)播臺地面數(shù)字電視自動(dòng)監(jiān)測平臺于2019年完成建設(shè)，至今穩(wěn)定運(yùn)行超過4年。該監(jiān)測平臺極大地提升了臺站廣播電視安全播出能力，保障了中央廣播電視節(jié)目的高質(zhì)量無線覆蓋，在提高用戶滿意度的同時(shí)減輕了值機(jī)和維護(hù)人員工作強(qiáng)度，降低了臺站運(yùn)維成本，顯著提升了臺站管理效率，為推進(jìn)機(jī)房自動(dòng)化管理，實(shí)現(xiàn)臺站工作規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和智能化建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

6 結(jié)語

臺站地面數(shù)字電視自動(dòng)監(jiān)測平臺搭建完成基本的監(jiān)控功能，下一步可考慮引入更強(qiáng)大的數(shù)據(jù)分析工具，以對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行深入分析，為系統(tǒng)運(yùn)行和效能提供更有針對性的反饋。通過分析歷史數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以更好地預(yù)測潛在故障并提供運(yùn)維優(yōu)化建議。