基于可擴展建模的廣播電視播出仿真系統設計

閆濤 奚曉軼 江蘇省廣播電視總臺

1. 引言

廣播電視播出系統的仿真目前通常的做法是將設備類型、系統拓撲結構等固化在仿真系統的程序中。這種做法的優點是可以完全按照某套播出系統，提供用戶模擬操作和演練功能。但是這種仿真系統缺乏靈活性，一旦系統結構或使用設備發生改變，就必須對仿真系統的邏輯、模型等都進行調整，其工作量可能達到新建一套仿真演練系統[1]。針對上述缺點，本文通過對目前廣播電視仿真系統的分析，設計了基于可擴展建模的仿真系統。

2.可擴展建模概述

可擴展建模與仿真框架（XMSF）定義為一組基于Web的建模與仿真標準、描述以及推薦準則的集合[2]， XMSF確定了元建模和模型驅動架構、可擴展三維圖形、Web服務等一系列標準。對于廣播電視播出系統的仿真，可擴展建模技術提供了開放的標準，靈活的應用平臺，可以解決跨平臺跨系統的互連和互操作。

3.廣播電視播出仿真系統功能分析

廣播電視播出仿真系統主要目標是在播出系統正常運行，無法提供操作演練的情況下，為值班和運行維護人員提供可模擬實際設備和鏈路的系統，學習相關知識，進行設備操作訓練和應急演練訓練。仿真系統應具有以下功能：

（1）能夠對播出系統不同品牌不同型號不同功能的設備進行仿真，并根據用戶需求組成不同播出鏈路；

（2）能夠實現播出系統的動態仿真，實現設備操作、故障模擬、應急處置等要求；

（3）為用戶提供友好仿真界面，用戶可以方便地對仿真系統進行操作。

圖 1 仿真系統架構

4.基于可擴展建模的仿真系統設計

4.1 總體框架

為了實現上述功能，本文提出基于 XMSF 可擴展建模與仿真框架如圖1所示，包括應用層、服務層和資源層三層。應用層為基于Web端的客戶端軟件，提供用戶操作服務；服務層通過響應用戶的界面服務請求，為用戶提供各項仿真服務；資源層主要包括各類仿真三維模型庫，系統的每一個設備、連線、節點均采用模塊化設計，便于靈活調用和組合。應用層和仿真平臺層之間建立標準化設備通信接口，規范了模塊間的信息交換，系統可以根據用戶需求、規范和復雜程度增減相應的模塊，極大提高了系統開發的靈活性及效率。

4.2 仿真系統設計

4.2.1 系統模型庫設計

廣播電視播出系統包括信號處理設備、信號傳輸設備、監聽監測設備等，播出信號通過SDI、ASI等各種格式進行傳輸。設備和信號的差異性，使得仿真系統差異性非常大。通過對各類播出設備進行綜合分析，將設備的信號和接口特性提煉出來，歸結為信號模型和接口模型，描述各類被仿真對象的行為和屬性等方面信息，具體內容包括：

（1）設備屬性：包括接口類型及相關參數，如編碼器的碼率、高功放的輸出功率；

（2）事件響應：描述設備對輸入信號丟失、故障等響應；

（3）設備狀態信息：仿真設備所有的自身狀態信息，并易于修改；模型庫以可擴展通用描述文檔（XML）的形式來定義，便于在應用層和資源層進行靈活調用。

4.2.2仿真接口設計

仿真接口將仿真模型庫和應用層相結合，根據用戶需求，調用模型文件，根據系統之間邏輯關系，搭建各類播出鏈路，構造實際的仿真運行系統。仿真接口包括：

（1）數據加載算法，在仿真應用平臺中加載三維設備模型；

（2）交互算法，實現用戶和仿真模型的交互，響應用戶操作；

仿真系統的開發及操作人員無需了解設備的仿真過程，具體設備仿真人員也無需了解平臺的設計和運行過程，設備標準化接口如圖2所示，平臺及仿真設備的開發人員只要同時根據接口規范進行編程，就可以實現整個仿真系統的并行推進，縮短項目研發周期。

圖 2 設備標準化接口

5.平臺實現

5.1 仿真工作流程

仿真系統響應用戶操作請求，從仿真應用平臺調用仿真模型庫數據，實現仿真設備操作和仿真鏈路搭建，具體工作流程見圖3。

5.2 仿真設備操作

仿真系統可實現對設備外觀、操作、參數設置等仿真操作。如圖4的COMTECH 的UT4505的上變頻器，表示層為非常接近真實的設備外觀，用戶可進行參數設置、菜單查詢、故障信息查詢等操作，可輸出包括頻率、衰減等數據至下一級設備。

圖 3 仿真工作流程

圖 4 上變頻器設備仿真

5.3 鏈路仿真

用戶可根據實際鏈路進行仿真鏈路的設計和操作。基于可擴展建模框架，用戶在應用平臺設計播出系統鏈路后，調用仿真系統接口，在仿真模型庫中分別加載各類設備模型、接口模型，構建仿真鏈路，進行真實設計系統的運行、故障以及操作模擬。某播出系統鏈路如圖5所示。

圖 5 播出系統鏈路

圖 6 系統仿真

用戶通過點擊框圖中的設備，可以在設備庫中映射所需品牌和型號的設備并加載到平臺中，可實現自定義系統仿真，如圖6所示。

6.結論

本文介紹了一種基于可擴展建模架構的廣播電視系統仿真系統的設計思想和實現方法。這種設計的創新點在于抽象設備模型和接口特點，利用規范通信接口及仿真設備數據庫，仿真系統可以靈活調用組合各類設備，實現對不同播出系統播出鏈路仿真，使仿真系統具有很強的通用性和很高的靈活性。該仿真系統在實際使用中取得了良好的效果，有效提高了技術人員操作水平。