發(fā)射臺播出監(jiān)控系統(tǒng)的分析與研究

葉 茂

（重慶廣播電視技術(shù)中心706臺，重慶 404000）

0 引 言

重慶廣播電視技術(shù)中心706臺是重慶廣播電視技術(shù)中心較大臺站之一，機組多，功率大，人員少，而且是全天不間斷24小時播出，所有的播出相關(guān)工作主要靠值班人員來完成，由于人力有限，對安全優(yōu)質(zhì)播出造成了威脅，因此，706臺設(shè)計安裝了播出監(jiān)控系統(tǒng)。

1 發(fā)射臺播出監(jiān)控系統(tǒng)概述

706臺電視調(diào)頻機房現(xiàn)播出有9套調(diào)頻節(jié)目，4套電視節(jié)目，共23臺發(fā)射機，而且預(yù)計還要增加播出和備份設(shè)備。當(dāng)前機房安裝有信號源矩陣切換和信號源圖像監(jiān)視系統(tǒng)、周邊環(huán)境視頻監(jiān)視系統(tǒng)，所監(jiān)測圖像通過微波傳回技術(shù)中心監(jiān)測顯示大屏。現(xiàn)有系統(tǒng)不能實現(xiàn)計算機自動監(jiān)視、控制、異態(tài)報警和值班報表等功能。

基于上述狀況，706臺新增的計算機自臺監(jiān)控系統(tǒng)及已建設(shè)好的信號源矩陣切換和圖像監(jiān)視系統(tǒng)，兩套系統(tǒng)并行運行，原系統(tǒng)側(cè)重圖像監(jiān)視和回傳中心的功能，新建系統(tǒng)側(cè)重自臺監(jiān)視、控制、異態(tài)報警和值班報表等功能。

新建計算機自臺監(jiān)控系統(tǒng)包括兩大部分：一是硬件設(shè)備，二是管理軟件。

（1）硬件設(shè)備

為便于維修管理和今后擴容，硬件設(shè)備采取模塊化、積木式方式設(shè)計。由于目前市場上沒有成型設(shè)備，故委托當(dāng)?shù)仉娮涌萍脊緦ｉT為此研發(fā)相應(yīng)的設(shè)備和組件，如多功能信號源切換器、供電監(jiān)測控制箱、發(fā)射機數(shù)據(jù)采集模塊等，設(shè)備提供的同時，還要求該公司提供相應(yīng)的硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的底層軟件、接口動態(tài)鏈接庫等功能模塊及文件[1]。

（2）系統(tǒng)管理軟件

系統(tǒng)管理軟件（頂層）由技術(shù)中心自主開發(fā)編寫、調(diào)試完成。軟件由4個子系統(tǒng)構(gòu)成，即：音視頻信號源監(jiān)測與控制子系統(tǒng)、發(fā)射機參數(shù)監(jiān)測與控制子系統(tǒng)、圖像監(jiān)視與記錄子系統(tǒng)、供電監(jiān)控與環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)。另外周邊環(huán)境視頻監(jiān)控系統(tǒng)是相對獨立的系統(tǒng)，未納入子系統(tǒng)中[2]。

2 發(fā)射臺播出監(jiān)控目標(biāo)

2.1 信號源的監(jiān)視與控制

主、備信號源、發(fā)射空收信號監(jiān)測、分析、記錄，調(diào)制度記錄長期保存；主、備信號源自動、手動、遠程切換控制，信號設(shè)備斷電直通，并設(shè)置節(jié)點配置應(yīng)急跳線端口；主、備信號源、發(fā)射機射頻解調(diào)信號異態(tài)報警（聲光方式）[3]。

說明：主信源為微波（衛(wèi)星）信號源，備用信號源設(shè)為衛(wèi)星（光纖）信號。

2.2 發(fā)射機運行狀態(tài)監(jiān)測與控制

（1）發(fā)射機運行狀態(tài)實時監(jiān)測、記錄，重要參數(shù)記錄長期保存。

發(fā)射機監(jiān)測參數(shù)為：發(fā)射功率、駐波、末級工作電壓、末級工作電流、5～10 kW加測激勵級工作電壓、電流、風(fēng)機、過載、保護等狀態(tài)。

（2）發(fā)射機控制：發(fā)射機定時開機、關(guān)機，異態(tài)自動關(guān)機。

（3）自動開啟備機、天饋手動一鍵、自動切換。

（4）發(fā)射機工作狀態(tài)異態(tài)報警（聲光方式）。

2.3 電力與環(huán)境監(jiān)測與控制

（1）供配電系統(tǒng)的工作狀態(tài)的集中監(jiān)測和記錄，參數(shù)記錄長期保存。監(jiān)測參數(shù)為：雙供配電系統(tǒng)的三相總電壓、電流；主用電設(shè)備電壓、電流；缺相、主、備供電系統(tǒng)使用狀態(tài)；

（2）計算機控制主、備供電源的切換，并具備手動強制切換功能；

（3）機房、監(jiān)控室、機房外的溫度、濕度監(jiān)測；

（4）供電缺相、電壓過低、過高報警（聲光方式）。

2.4 監(jiān)測控制平臺與數(shù)據(jù)處理

（1）采用音視頻信號源監(jiān)測與控制子系統(tǒng)、發(fā)射機參數(shù)監(jiān)測與控制子系統(tǒng)、圖像監(jiān)視與記錄子系統(tǒng)、電源檢測控制與環(huán)境監(jiān)測子系統(tǒng)四大子系統(tǒng)，實現(xiàn)所有監(jiān)控參數(shù)的管理、儲存和控制；

（2）建立系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫，對記錄數(shù)據(jù)進行管理，并具備數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)上傳接口；

（3）具有對所有監(jiān)測信息的實時查詢、統(tǒng)計匯總、報表打印功能。

2.5 升級預(yù)留

（1）系統(tǒng)采用計算機分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，標(biāo)準(zhǔn)化通訊協(xié)議和接口，預(yù)留互聯(lián)網(wǎng)（有線）或GPRS（無線）遠程監(jiān)測和控制接口；

（2）預(yù)留發(fā)射機增加接口。

2.6 設(shè)備故障防備措施

（1）供電管理設(shè)備設(shè)置人工手動強制啟動功能；

（2）信號源切換設(shè)備設(shè)置斷電直通或人工手動切換裝置。

3 播出監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計原則

3.1 標(biāo)準(zhǔn)化及規(guī)范化

由于本系統(tǒng)是一個針對發(fā)射臺多個設(shè)備的綜合性系統(tǒng)，為了利于以后的推廣和發(fā)展，必須采用符合國家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的技術(shù)和設(shè)備[4]。

3.2 先進性及成熟性

設(shè)計一個系統(tǒng)是很不容易的，既要考慮到技術(shù)的先進性，使之能長時間的使用，不至于很快被淘汰。又要考慮到技術(shù)的成熟性，系統(tǒng)構(gòu)成更穩(wěn)定。

3.3 安全性及可靠性

廣播電視的安全播出是非常重要的，必須要注重系統(tǒng)的安全性和可靠性。

4 發(fā)射臺播出監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成及技術(shù)實現(xiàn)

4.1 基礎(chǔ)設(shè)備

4.1.1 音視頻數(shù)據(jù)集線器

視頻數(shù)據(jù)集線器是介于視頻切換器與計算機之間的中間設(shè)備。它以循環(huán)（串行）方式讀取視頻切換器當(dāng)前正在使用的音視頻信號，并將這些信號進行數(shù)字化和量化處理，即圖像信號處理成行場同步信號，伴音信號處理成隨音量變化的脈動直流電平信號，并將這些處理后的數(shù)字量傳送到計算機，作為音視頻信號是否正常的依據(jù)。

4.1.2 發(fā)射機參數(shù)集線器

發(fā)射機參數(shù)集線器是介于發(fā)射機參數(shù)采集模塊與計算機之間的中間設(shè)備。它將多個發(fā)射機參數(shù)采集模塊采集的數(shù)據(jù)（已數(shù)字化處理）進行（并行）打包處理后傳送到計算機，作為發(fā)射機工作狀態(tài)是否正常的依據(jù)。發(fā)射機參數(shù)集線器與發(fā)射機參數(shù)采集模塊之間通訊方式采用RS485協(xié)議，與計算機之間的通訊方式采用TCP/IP協(xié)議。一臺發(fā)射機參數(shù)集線器最多可連接8個發(fā)射機參數(shù)采集模塊，超出8個時，應(yīng)增加發(fā)射機參數(shù)集線器。

4.2 模塊化設(shè)備

4.2.1 多功能視頻信號切換器（TB8103V）

輸入：3路（主、備、預(yù)留）信號輸入，1路發(fā)射機解調(diào)信號輸入，通過人工或自動（一路信號丟失，自動切入另一路信號）切換電視信號。

輸出：2路音視頻對等信號，連接發(fā)射機主、備機；1路圖像信號輸出供電視墻監(jiān)視用；一路伴音輸出供循環(huán)監(jiān)聽用；1路音視頻數(shù)據(jù)信號，供計算機監(jiān)測用。

控制：切換器設(shè)有人工按鍵，可脫離計算機獨立工作，成為一臺普通的電視切換器。具有掉電狀態(tài)記憶功能。

切換器通訊方式為RS485，多臺設(shè)備用帶線串聯(lián)連接后再與視頻數(shù)據(jù)集線器相連。

4.2.2 電源控制器（TB8304）

主要功能：數(shù)據(jù)采集和電源開關(guān)控制。

4.3 工作原理和相關(guān)技術(shù)

發(fā)射臺播出監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。計算機自臺監(jiān)控系統(tǒng)對信號源、發(fā)射機參數(shù)、供電電源參數(shù)進行采集。完成數(shù)據(jù)采集的硬件設(shè)備有：信號源數(shù)據(jù)由“多功能音視頻信號切換器”和“音、視頻數(shù)據(jù)集線器”完成；發(fā)射機參數(shù)由“發(fā)射機數(shù)據(jù)采集模塊”和“發(fā)射機數(shù)據(jù)集線器”完成；供電電源及環(huán)境參數(shù)數(shù)據(jù)由“供電監(jiān)測控制器(箱)”完成。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)成框圖

監(jiān)控平臺——主要由“信號源監(jiān)控子系統(tǒng)”“發(fā)射機監(jiān)控子系統(tǒng)”“電源監(jiān)控子系統(tǒng)”軟件組成，這些子系統(tǒng)完成對信號源、發(fā)射機等數(shù)據(jù)進行分析處理、記錄，形成需要的報表。當(dāng)信號源、發(fā)射機異常時，聲光報警，同時發(fā)出相應(yīng)指令，控制信號切換或關(guān)閉發(fā)射機。該功能主要由監(jiān)控平臺軟件實現(xiàn)。

4.3.1 音視頻信號源的監(jiān)測和控制

對播出節(jié)目信號源的實時監(jiān)測，是通過特制的多功能智能型音頻（視音頻）分配切換器來完成。它具有3路信號輸入，2路信號輸出（接發(fā)射機主、備機），同時還具有圖像（或廣播聲音）監(jiān)視（監(jiān)聽）輸出。另外，切換器還輸出圖像和聲音的數(shù)據(jù)信號。多臺切換器的這些數(shù)據(jù)信號連接到“電視數(shù)據(jù)集線器”（或“廣播數(shù)據(jù)集線器”）上，由集線器再連接到“信號源監(jiān)控子系統(tǒng)”的計算機上，實現(xiàn)音、視頻信號的監(jiān)測與控制。當(dāng)主路信號源中斷時（圖像信號以丟失5個同步信號為中斷；廣播信號靜默15、20、30秒、1分鐘（軟件設(shè)置）視為中斷，切換器自動連接到備用信號源上。切換器上設(shè)有手動切換鍵，以備計算機出現(xiàn)故障時，實行人工干預(yù)[5]。

4.3.2 發(fā)射機參數(shù)采樣

發(fā)射機參數(shù)采樣見圖2。本臺發(fā)射機分為“帶數(shù)據(jù)接口”和“不帶數(shù)據(jù)接口”兩種類型，對于帶數(shù)據(jù)接口的發(fā)射機，可直接通過其數(shù)據(jù)接口采樣，采樣數(shù)據(jù)直接接入“發(fā)射機參數(shù)集線器中”。由于沒有廠家提供數(shù)據(jù)接口協(xié)議，因此需要與生產(chǎn)廠家聯(lián)系提供數(shù)據(jù)接口的通訊協(xié)議，并跟其配合完成。

圖2 發(fā)射機參數(shù)采樣

對于沒有數(shù)據(jù)接口的發(fā)射機則通過“發(fā)射機參數(shù)采集模塊”來完成數(shù)據(jù)采集。此采集方式是在發(fā)射機儀表顯示電路中找出發(fā)射機的參數(shù)模擬量，用帶線接入“發(fā)射機參數(shù)采集模塊”中，該模塊將這些模擬量轉(zhuǎn)換成數(shù)字量并處理后傳入“發(fā)射機數(shù)據(jù)集線器”中。

在發(fā)射機參數(shù)采集時，我們考慮到隨著全固態(tài)發(fā)射機的發(fā)展，結(jié)合我們的維護經(jīng)驗，激勵器部分的工作已經(jīng)相當(dāng)?shù)姆€(wěn)定，相應(yīng)發(fā)射機故障率較高的就是供電和天饋部分，所以我們的采集就放在容易出現(xiàn)問題這些方面。

4.3.3 電源監(jiān)測與發(fā)射機控制

發(fā)射機電源監(jiān)測與發(fā)射機控制是由“電源控制器”來完成，電源控制器有兩大功能，即：數(shù)據(jù)采集功能與控制功能，如圖3所示。

圖3 電源監(jiān)測與發(fā)射機控制

數(shù)據(jù)采集功能，電源控制器內(nèi)設(shè)24個模擬采樣通道，其中三相電壓和4路電流占用15個通道，余9個通道可作環(huán)境溫濕度采集和預(yù)留通道。

控制功能，通過繼電器接通或斷開發(fā)射機供電電源，以達到控制發(fā)射機的目的，也可輸出開關(guān)信號到發(fā)射機的控制回路，使其按邏輯順序開機或關(guān)機。當(dāng)備用發(fā)射機啟動時，電源控制器輸出天饋切換信號，完成天饋的轉(zhuǎn)換。

一臺電源控制器管理5 kW以下（含5 kW）的發(fā)射機4臺，5 kW以上作為特殊結(jié)構(gòu)供電柜管理2臺發(fā)射機。

4.3.4 監(jiān)控平臺軟件

監(jiān)控平臺軟件分為3個子系統(tǒng)，即“信號源監(jiān)控子系統(tǒng)”“發(fā)射機監(jiān)控子系統(tǒng)”“電源監(jiān)控子系統(tǒng)”。

各子系統(tǒng)軟件應(yīng)用程序在PC機的Microsoft Windows環(huán)境下，采用Visual Basic6.0編程工具開發(fā)，完成播出系統(tǒng)的巡檢、過程控制與報警。在需要與硬件打交道時，由硬件設(shè)備開發(fā)商提供相應(yīng)接口驅(qū)動程序和二次開發(fā)包。

在軟件的邏輯上采用了分層處理結(jié)構(gòu)。按硬件控制層、網(wǎng)絡(luò)通信層以及應(yīng)用服務(wù)層分別開發(fā)。各層相對來說都有自己的功能。其中，硬件控制層處于最底層，直接實現(xiàn)發(fā)射機各接口器件的控制與操作。網(wǎng)絡(luò)通信層處于應(yīng)用服務(wù)層和硬件控制層之間，是聯(lián)系應(yīng)用服務(wù)和硬件控制的橋梁，而應(yīng)用服務(wù)層就是工作人員實現(xiàn)對發(fā)射機監(jiān)控的管理[6]。

5 結(jié) 論

本發(fā)射臺播出監(jiān)控系統(tǒng)在重慶廣播電視技術(shù)中心706臺已建成，在實際應(yīng)用中功能與設(shè)計相符，對706臺廣播電視的安全優(yōu)質(zhì)播出起了很大的作用。