廣播電視智能監控系統

羅映輝

【摘要】 在廣播電視領域，安全播出是一項至關重要的要求。本文作者根據廣播電視特點，提出了廣播電視監控系統的設計方案。該方案通過網絡將電視制作系統內部的各個關鍵部件聯絡起來，實時監控各關鍵設備的狀態及系統信號指標，發現異常則進行報警，從而實現了智能質量監控。

【關鍵詞】 安全播出 智能監控 SNMP（simple network management protocol）

隨著電視系統得日益復雜，規模越來越大，利用傳統的監測手段已經無法保障播出安全的需求，這就迫切需要有一種智能監控系統，對電視播出系統進行智能監測。

一個典型的播出系統的原理圖如圖1所示：

可以從圖中看到，信號都是由左方流向右方的，不存在反方向信號，即信號流向是單向的。如果系統內有一個設備出現問題，那么，我們可以使用以下幾個方法來判斷故障出現位置：

1）該設備的輸入端的信號是否正確？

2）該設備的輸出端信號是否是錯誤的？

3）該設備本身的狀態指示燈有無異常情況？

4）該設備的工作環境有無異常？例如：溫度、電壓、電流、氣味等。

在設計智能監控系統時，我們只需在系統關鍵設備處安裝監控器，通過監控器來了解系統設備的工作狀態以及經過該設備處理的信號狀況。如果系統出現問題，我們就可以很方便地判斷出問題出現在系統中的哪個環節，從而幫助我們快速解決問題。智能監控系統的基本原理圖如圖2所示：

系統包括軟、硬件兩部分，硬件部分包括：控制主機、交換機、監控器、聲光報警裝置等設備。

一. 硬件構成

監控器：監控器是智能監控系統與電視系統設備的信息交換接口，設備的狀態信息以及設備控制指令都是通過它來進行的。當前，許多大型設備提供商都為他們的產品提供了較好的監控器。

下面，我們以加拿大EVERTZ公司的7700FC為例來進行介紹。

EVERTZ 7700FC是一塊網絡監控卡，它插在EVERTZ 7700系列機箱中，可對機箱內的所有設備進行監控。它可作為7700機箱內所有設備的網關，收集機箱內所有設備的信息，并通過10BASE-T/100BASE-T以太網接口，以簡單網絡管理協議（SNMP ：simple network management protocol）與外部設備進行通訊。外部設備可通過信息內容對機箱內設備的狀態進行檢查，并可發出控制指令來對相應的設備進行控制。下面是該監控卡的外觀及原理圖：

該板卡安裝在7700機箱內，它內部有一個中央處理器，中央處理器不停地檢測機箱的工作狀態（例如：溫度、電壓等），同時它還通過USB HOST Controller 接口與機箱內的其他設備進行通訊，了解機箱內其他板塊的狀態，并可對它們進行控制。中央處理器根據機箱以及機箱內其他設備的信息來驅動相應的狀態指示燈。該板卡的一些設置功能（例如：IP地址）可通過RS-232串行接口來設定的，同時它還提供了以太網接口，支持SNMP協議，通過以太網接口，該板卡可與智能監控主機進行通訊。

其他公司提供的監控卡都具有類似的功能，他們普遍使用的協議標準都是SNMP簡單網絡管理協議。

當然，也有少量設備并不支持SNMP協議，例如UPS電源、溫度傳感器等，但幾乎所有設備都具有RS232串行接口。對于這些設備，我們可以通過一臺通訊轉換服務器來完成RS232串行接口與以太網接口的轉換。例如：利用基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平臺，我們就可以將串行設備連接到以太網上來。其原理圖如圖5所示。

串行口與以太網轉換器通過以太網接口接入以太網，它可將以太網上的通訊信息轉換為RS232串行口信號發送到監控口設備，同時，它也可將從監控器串行口發來的信息轉換成以太網網絡協議信息，通過以太網發送到控制主機。

控制主機：控制主機是智能監控系統的心臟，系統的所有功能都是由它來控制執行的。它由一臺系統較強的計算機構成，計算機配有以太網卡來和監控器通訊。

交換機：交換機為智能監控系統的信息交換樞紐，所有的信息都是經過它來分配傳輸的。

聲光報警裝置：該裝置與控制主機相連。它配有報警音箱、報警燈、手機短信平臺等設備。當接收來自控制主機的報警通知后，它就可以根據預先設定的要求，進行相應形式的報警。

二.軟件結構

智能監控軟件的結構如下圖所示，它由以下幾個模塊：網絡通訊模塊、監控分析模塊、交互界面模塊、報警模塊、數據統計模塊。

1. 網絡通訊模塊

網絡通訊模塊負責智能監控主機與廣播電視制作播出系統內的關鍵設備之間的信息通訊。它通過局域互聯網與各關鍵設備的監控口進行通訊。目前大部分關鍵設備都支持簡單網絡管理協議（SNMP），故通訊模塊也使用SNMP協議。

簡單網絡管理協議（SNMP：Simple Network Management Protocol）是由互聯網工程任務組（IETF：Internet Engineering Task Force ）定義的一套網絡管理協議。該協議基于簡單網關監視協議（SGMP：Simple Gateway Monitor Protocol）。利用SNMP，一個管理工作站可以遠程管理所有支持這種協議的網絡設備，包括監視網絡狀態、修改網絡設備配置、接收網絡事件警告等。SNMP被設計成與協議無關，所以它可以在IP，IPX，AppleTalk，OSI以及其他用到的傳輸協議上被使用。

SNMP采用了Client/Server（代理/管理站）模型的特殊形式。對系統內設備的管理與維護是通過管理工作站與SNMP代理間的交互工作完成的。每個SNMP從代理負責回答SNMP管理工作站（主代理）關于MIB定義信息的各種查詢。

代理是與網絡管理控制臺通信的軟件或硬件，在我們的智能監控系統中就是那些支持SNMP協議的網絡控制卡。它們在這個網絡“鏈路”上可以執行以下任務：

網絡管理工作站可以從代理中獲得關于設備的信息。

網絡管理工作站可以修改、增加或者刪除代理中的表項，例如在由代理所維護的數據庫中的路由選擇表表項。

網絡管理工作站可以為一個特定的自陷設置閾值。

代理可以向網絡管理工作站發送自陷。

控制主機與監控口之間定義了5個請求/響應原語：

get-request：從代理進程處提取一個或多個參數值

get-next-request：從代理進程處提取一個或多個參數的下一個參數值

set-request：設置代理進程的一個或多個參數值

get-response：返回一個或多個參數值。這個操作是由代理進程發出的。它是set-request的相應操作

trap：代理進程主動發出的報文，通知管理進程有某些事情發生

智能監控系統管理工作站可以把感興趣的變量值提取到其應用程序中，只要發出get-request或get-next-request報文即可。前者是指定對象的讀操作，后者則提供了一個樹遍歷操作符，便于確定一個代理進程支持哪些對象。智能監控系統管理工作站可以修改代理進程中的變量值，只要發出set-request報文即可。

如果沒有發生錯誤，代理進程可以用get-response原語回答這些請求。另外，利用trap原語，代理進程可以異步地發送告警給網絡管理工作站，告訴它發生了某個滿足預設條件的事件。

智能監控網絡系統中的控制主機就是通過SNMP協議來完成與各被控代理網絡控制器之間通訊的。控制主機通過從各被控代理網絡控制器得到的信息來了解系統內設備的工作狀態，并發出相應指令來對具體設備進行控制。

下面，以EVERTZ的SNMP協議為例來介紹智能監控主機怎樣與監控口進行通訊的：

根據Evertz 7700的SNMP協議中MIB的結構，我們可以得到EVERTZ 7700的數據結構。例如：EVERTZ 7700的參數intancetalbe的對象識別樹OID（OBJECT IDENTIFY）就是：7700的IP地址.1.4.6827.100.2.1，它的讀取指令就是

snmpget（host IP，‘public， 1.4.6827.100.2.1，int timeout [， int retries]] ）；

2. 監控分析模塊

監控分析模塊負責對網絡通訊模塊得到的信息進行分析處理，將其和數據統計模塊預存的參考數據進行比較，根據廣播播出制作播出系統的結構圖，了解當前系統所處于的狀態。一旦異常情況就向報警模塊發送報警指令，并同時將相關信息發給數據統計模塊進行統計處理。

監控分析模塊的原理如下：

我們將廣播電視系統對節目信號的處理環節按水平方向分出處理級數，而按垂直方向分為處理通道。即以需要處理環節最多的信號輸入端為級數1算起，每經過一個環節，則其環節級數增加1，直到最后信號輸出端，統計出總共需要經過的最多環節（例如：根據下圖，我們可以定出處理級數為n）。而系統具有的處理通道就是指系統內有幾條平行的輸入通道。如下圖所示，該系統的處理級數為n，處理通道為m。

由于信號都是從左流向右邊的，當系統產生故障時，級數小的處理環節出現的故障很有可能引起級數高的環節報警。為了準確判斷出故障所在位置，智能監控系統將會將自動追溯到處理級數最低的故障環節。如果信號處理通道有交叉或公用情況，智能系統可很快將故障定位到信號匯聚環節。智能監控系統可根據系統出現故障的不同形式，做不同形式的報警。例如：當路由中任一設備有信號級的報警產生，或有相關的信號監測報警時時，整條路由成紅色顯示，如圖10所示。

而當路由中設備有報警產生的時候，這個設備成紅色顯示，如圖11所示。

另一方面，當播出制作系統在不同的制作模式之間進行轉換時，監控分析模塊可從統計分析模塊中提取相應制作模式的參數設置，對系統內設備進行調整，實現進行快速制作模式轉換。

3. 交互界面模塊

交互界面模塊負責操作人員與智能監控軟件之間的人機交流。它有以下功能：

可以根據播出系統內的關鍵設備的具體屬性（例如：輸入輸出信號屬性、允許范圍、溫度、電流、電壓等）定制組件。

可方便地根據實際的廣播電視制作播出系統的流程圖將定制組件擺放在智能監控流程圖上。

當監控系統發現異常情況時，代表故障點的組件應有醒目的提示，方便技術人員進行故障定位。

對出現故障進行分級提示，將最危險的故障（例如：供電電壓、電流問題）放在首要需要處理的位置，其表示應最醒目（例如：紅色），而將相對對系統影響較小的故障（例如：某一信號的技術指標有點超標）放在較次要的位置，顏色也可較柔和點。

為了實現監控圖與廣播電視系統的對應關系，我們可以采用網格矩陣（如圖12所示）的辦法。我們將廣播電視系統內的設備按其系統位置設定其在智能監控系統矩陣圖上的編號。例如：第一個通道的第一級處理設備的設備矩陣號為（1，1）；然后我們將所有設備輸入輸出端口的類型做出分類，例如：數字視頻信號為1，數字音頻信號為2，等等；接著我們把每一設備的輸入輸出端口按信號種類進行排序，例如：矩陣的第一路數字視頻輸入信號可分為（in，1），第五個數字音頻輸出信號為（out，5）。

這樣我們就根據廣播電視系統繪出智能監控系統框圖，并建立起設備連接關系表。例如：EQ（1，1，OUT，1，2）--〉EQ（1，2，IN，1，1）--〉EQ（1，2，OUT，1，5）--〉EQ（2，3，IN，1，1）表示設備 （1，1）的第2個數字視頻輸出接到設備（1，2）的第1個數字視頻輸入口，然后又經過它的第5個輸出口輸入到設備（2，3）的第1個數字視頻口。

需要指出的是，由于我們廣播電視系統的結構不可能想矩陣那樣規整，我們并不需要為智能監控矩陣圖的所有設備（即MxN個設備）設定它們與廣播電視系統的對應關系，沒有的設備不進行設定就行了。

4. 報警模塊

當監控系統發現異常情況時，報警模塊就會進行多種形式的報警，例如：驅動外置音箱發出報警聲音、打開報警燈甚至撥打電話等。不同重要級別的故障可以有不同的報警聲。報警聲可以事先錄入到監控系統中，或者使用計算機模擬發音技術將出現的故障播報出來。

5. 數據統計模塊：

數據統計模塊包括一個數據庫，數據庫存儲系統內設備的屬性參數的正常值范圍，向監控分析模塊提供參照值。

另外，廣播電視制作播出系統內主要設備的設置參數也可存儲在數據庫中，當系統需要在不同制作模式之間進行轉換時，監控分析模塊可調用數據庫數據對相應的設備進行設置。

第三，數據統計模塊可對系統的運行狀態進行統計，指出經常出現問題的環節，方便技術人員進行判斷。

通過以上軟、硬件的配合，智能監控系統就可以對廣播電視系統進行安全監控，從而保障播出安全。

三..結論

在本文中，本人提出了一個智能監控方案，為實現安全播出智能監控做了一點嘗試，希望能夠為廣播電視界的同行提供一點幫助。由于本人理論水平與這些學科本身所要求的差距，研究還處在一個比較初級的階段，請各位專家批評斧正。

參考文獻

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