廣播電視發射臺基于IP網絡的安全播出技術保障系統介紹

史小琴

（作者單位：瀘州廣播電視發射臺）

隨著“三網融合”（電信網、廣播電視網、互聯網）的推進和廣播電視數字化、網絡化的加速發展，愈來愈多的計算機網絡技術、在線檢測技術等被應用在廣播電視行業中，較好地保證了節目的傳輸質量，也使得行業對于廣播電視安全播出的質量和效率有了更高的要求。

傳統的發射臺監控方式需要投入大量的人力、物力，但管理效果并不理想。基于此，瀘州廣播電視發射臺對安全播出系統進行了基于網際互連協議（Internet Protocol，IP）網絡的升級改造，使得整個系統更加自動化、智能化。廣播電視發射臺安全播出系統主要由信號監控系統、發射設備、環境監控系統、電力系統組成，各系統的安全可靠運行是安全播出的前提。

1 信號監控系統及其邏輯實現

信號監控系統首先需要采集發射系統中各種格式的節目信號數據，經過信號變換成系統能夠識別的信號。其中，模擬射頻信號經過解調器解調成視頻、音頻信號接入采集卡，數字射頻信號則通過解擾封裝設備把數字信號轉換成IP網絡信號，并接入與監測服務器同網段的交換機上，監測服務器再將接入的信號進行解碼處理成圖像和聲音后，經高清晰度多媒體接口(High Definition Multimedia Interface，HDMI)送到多畫面大屏顯示。通過一臺控制機可以控制任意一臺多畫面處理器，并且大部分的前端設備都可以使用用戶數據報協議(User Datagram Protocol，UDP)，通過網絡管理軟件NMS進行控制，真正實現網絡化管理。信號監控系統包括信源監控系統和播出信號監測系統。信號監控系統框圖如圖1所示。

圖1 信號監控系統

1.1 信源監控系統

瀘州廣播電視發射臺的前端信號源有3 m衛星天線3副，分別接收中星6A、中星6B、亞太6號的信號，數字衛星接收機解碼作為第一信號源；有一條4芯光纜把有線數字電視信號傳輸到山上，數字電視機頂盒解碼信號作為各頻道的第二信號源；另有一條微波發射接收通道，用微波解碼器解碼信號作為第三信號源。改造前，信源的控制是以矩陣切換器為核心，需要人工判斷信源質量和內容，出現異常需進行手動切換，這無疑會造成判斷失誤或者延長停播、錯播時間。改造后的信源系統有光纖、衛星和微波三種信號源，可以將多路信號源輸入應急切換器，利用振動升降指標（Accumulation Swing Index,ASI）切換器判斷信號質量。當主信號出現異常時，其能以毫秒級的速度自動切換到最佳信號，通過ASI自動切換器常用的UDP協議，可以使用一個基于簡單網絡管理協議（Simple Network Management Protocol,SNMP）的管理軟件NMS對信號切換器進行遠程監看和控制[1]。同時，切換器將各種源信號并行接入采集卡后送到多畫面大屏進行節目顯示和聲光報警，值班人員在監看畫面時可以直觀了解到每路信號情況，及時發現故障，采取相應措施進行手動或自動切換，保證信號傳輸正常。

1.2 播出信號監測系統

播出信號包括模擬調頻信號和數字射頻信號，在機房樓頂安裝有接收天線，系統對收到的播出信號進行變換。其中，多路調頻解調器可以對空收調頻信號進行采集和監聽，通過采集卡立體聲輸出至多畫面監測服務器。空收數字電視地面廣播（Digital Television Terrestrial Multimedia Broadcasting，DTMB）信號經過1：4功分器送至綜合解碼接收機（IntegratedReceiver/De-coder，IRD），將DTMB射頻信號解調成傳送流（transport stream，TS流），并通過解擾模塊實現節目解擾功能，最后將接收的傳輸TS流信號進行IP封裝[2]。封裝后，再將IP信號拷貝到組播地址和端口號224.2.2.1:1234至224.2.2.4:1234，通過組播的方式傳輸到監測系統中，監測軟件則根據IP組播地址和端口號，即可掃描出該組播源所發送的節目信息，然后在控制臺上進行多畫面分割顯示。監測系統可以實時監測每個節目的視音頻狀態，當發現播出中的傳輸流、碼流和視音頻等的錯誤信息時，會對該信息進行解碼、存儲、顯示，并按照IP組播接收到的節目信息進行明顯的聲光報警。同時，系統會將所有的報警信息、操作記錄等錄入數據庫中進行保存，以供后續查看[3]。

IRD的設置是最重要的部分，通過網絡管理軟件NMS可以很方便地實現IRD的配置和管理。在NMS里添加設備，正確填寫IRD的設備類型、IP地址和端口號，并保證IRD的IP地址和管理軟件所在計算機IP地址在同一個網段，即可實現網絡連接。然后，在節目設置里輸入需要解碼的頻點、符號率、星座模式等進行解析并解擾。最后，設置IP組播輸出，建議按順序排布組播地址和端口號。同時，可以在網上下載安裝一個VLC播放器，選擇打開網絡串流，選擇UDP協議，輸入設置的組播地址和端口號可以驗證組播流的正常與否。

1.3 信號監控的邏輯實現

監控系統由監測軟件、文件查詢服務器、錯誤集中處理、數據庫、控制臺等組成，監測軟件可以對視音頻進行解碼、顯示、編碼、故障檢測等，故對中央處理器（Central Processing Unit，CPU）的要求較高。當節目數量較多時，需要部署多臺多畫面監測服務器，本系統部署了3臺多畫面監測服務器。文件查詢服務器可以實現文件查詢、流媒體發送；錯誤集中處理可以實現系統錯誤信息的處理，包括語音報警、錯誤信息顯示。監測軟件、文件查詢服務器、錯誤集中處理都部署在監測服務器上，而系統配置信息、報警信息等保存在數據庫中。控制臺的功能主要是對多個監測服務器的系統進行集中控制，整個系統在啟動和運行過程中均需要訪問數據庫，所以在系統運行過程中必須確保網卡處于工作狀態，保證監測系統的網絡暢通（見圖2）。

圖2 信號監控邏輯

2 發射設備和環境監控系統

發射設備和環境監控系統可以對發射設備的工作參數和機房環境如溫濕度、煙感等數據進行實時采集，所有數據匯聚到交換機，經監控服務器處理后上大屏顯示，如圖3所示。

圖3 發射設備和環境監控系統

2.1 發射設備監控系統

瀘州廣播電視發射臺現有5臺調頻廣播發射機，6臺地面數字電視發射機，一臺應急廣播發射機。以前并沒有對發射機進行遠程監控，出現故障只能靠發射機自帶的聲光報警，有時候并不能在第一時間發現故障，造成值機人員工作量大，停播時間長。各發射機又來自于不同的廠家，有的發射機是新裝的，有的發射機已經運行了十幾年，為了實現對不同種類和型號的發射設備進行集中管理，SNMP提供了很好的解決方案。現在的固態發射機一般都自帶控制系統，能夠進行機器狀態量的采集，并預留了遠程監控接口，通過此接口可以監測到發射機的發射功率、反射功率、駐波比等重要參數，所以技術人員只需要在此接口后串接一個數據采集控制器，根據發射機的接口形式，配置好物理層參數，按照發射機廠家提供的數據接口通信協議，就可以完成發射機各種參數的采集[4]。然后，將其包裝成IP格式，匯集到網絡交換機，再由安裝有相應監控管理程序的服務器進行統一管理。管理平臺會將所有發射機的發射功率、反射功率等參數進行直觀顯示，并可定義報警門限值，出現錯誤時不僅能進行聲光報警提醒值機人員及時處理，并且配有的GSM調制解調器可以通過短信的形式發送報警數據，從而可以一目了然地進行故障提示和分析，快速、準確地解決故障[5]。

2.2 機房環境監控系統

高山臺站環境惡劣，大功率電器密集，一旦出現高溫、水侵，不僅會影響機房設備的正常運行，還可能危及人身財產安全。因此，對機房的環境情況進行實時的監控管理極其重要。機房環境監控系統包括視頻監控系統和環境監測系統兩部分。

視頻監控系統是環境安全的一個重要組成部分，它通過攝像頭及其輔助設備采集機房實時畫面，通過網線或光纖接入到交換機，經高清解碼器進行解碼并傳至大屏顯示；同時，通過錄像機把被監控的機房圖像記錄下來，能方便進行查詢和取證，為事后的調查提供重要的依據。

環境監測系統主要監測機房的水侵、溫濕度、煙感等情況。技術人員在發射臺站的樓頂和地下室安裝了水侵監控器和檢測繩，當發生浸水時，監控器將檢測到的水侵信息經微處理器處理后傳至監測系統，并聲光報警，以便值班人員及時處理。在機房內各區域安裝多個RS485總線式一體化溫濕度傳感器，傳感器數據接入溫濕度監控系統，監控系統畫面實時顯示溫濕度數據，并且根據需要預先設定溫濕度報警的閾值（高限值和低限值），一旦溫濕度達到設定的閾值就會進行報警。在發射機房、電力機房和室外配電柜都安裝了煙霧傳感器，其可以監測機房是否出現煙霧火災，一旦檢測到煙霧就會即刻報警。各種傳感器的數據通過RS232或者485匯聚到環境監測主機并上傳到顯示大屏，可以實時顯示漏水、煙感、溫濕度、圖像采集等設備的工作狀態和各運行參數，確保設備運作環境的安全。

3 電力系統

供電系統是發射系統中最基礎的部分，一個安全、穩定、可靠的供電系統對播出系統的安全運行有著強有力的支撐作用。瀘州廣播電視發射臺作為地市級發射臺站，為減少因電源故障、市電停電等供電原因導致的停播，按照《廣播電視安全播出管理規定》的要求配備了兩路外電電源，兩路外電選擇人工進行切換，以防止加電對設備造成沖擊。若兩路外電都不能正常使用，則啟動200 kW的柴油發電機為備用電源供電，并為信源系統和監控系統提供不間斷電源（Uninterruptible Power System，UPS），電池后備負荷工作時間可達90分鐘。冗余的電力系統設計達到二級保障要求，可確保供電系統的安全。對于電力系統的監控則采用三相電量測控儀，實時監測市電、發電機、UPS電源電路的三相交流電壓、三相電流、有功功率、無功功率等參量，同樣，各種數據通過RS232或者485匯聚到環境監測主機并上傳到顯示大屏，可以實時顯示市電、發電機、UPS的工作參數，以保證用電安全。

4 結語

瀘州廣播電視發射臺安全播出系統升級改造后，投入使用了一段時間以來，廣播電視的監測能力和處理突發異態能力得到切實提升，故障率和停播時間大大降低，值班人員的工作量也大大減輕，有效保證了臺站設備的正常運行和廣播電視安全播出。