大功率發射臺節目傳輸監測與應急調度系統的設計與應用

王倩

摘要：文章結合衛星廣播節目傳輸機房的工作實際，從發射臺運維現狀、存在的問題及其原因等幾個方面，分析了節目傳輸系統的現狀。文中介紹了大功率發射臺節目傳輸監測與應急調度系統建設，一是掌握設備發生故障之前的異常征兆，以便事前采取有針對性措施，控制和防止故障的發生；二是在設備發生故障的情況下，對故障原因、故障部位進行定位，從而減少各播出環節運維人員溝通的時間以及故障處理時間。為了解決傳輸發射公共環節的問題，逐步將值班模式從人工向智能化方向轉變，為優質零秒地完成安全傳輸發射任務提供保障。

關鍵詞：廣播電臺安全播出衛星廣播；應急調度通路監測

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.044

中圖分類號：TN 91，TN 94? ? ? ? ? ? 文獻標志碼：B? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-0-03

Design and Application of Program Transmission Monitoring and Emergency Dispatching System for High Power Launch Pad

WANG Qian

（951 Channel of the State Administration of Radio and Television， Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： This paper analyzes the current situation of the program transmission system from the aspects of the status quo of the operation and maintenance of the launch pad， the existing problems， and the cause analysis， combined with the actual work of the satellite broadcast program transmission room. This paper introduces the construction of the program transmission monitoring and emergency dispatching system of the high-power launch pad. First， grasp the abnormal signs before the equipment failure， so as to take targeted measures in advance to control and prevent the failure; Secondly， in the event of equipment malfunction， locate the cause and location of the malfunction， in order to reduce the communication time and fault handling time for operators in each broadcasting link. In order to solve the problem of public transmission and launch links， the duty mode has gradually shifted from manual to intelligent， providing guarantee for high-quality and zero second completion of safe transmission and launch tasks.

Key words： safe broadcasting of satellite broadcasting by radio stations; emergency dispatch channel monitoring

1? ?研究背景

節目傳輸鏈路是臺站安全播出的重要保障，貫穿于臺站安全播出的始終，其能否正常運行，直接關系到安全播出工作是否能夠正常運行。針對目前衛星廣播節目出現非法干擾、插播、停播等事件，傳統人工值守監聽很難適應現階段國家廣電部門對安全播出的要求。因此，需設計一個既能實時監測衛星廣播節目，同時又可以完成備用節目切換應急調度的綜合平臺，保障節目輸出的質量和連續性，全方位保障發射臺節目傳輸業務順利進行。

2? ?系統需求分析

（1）目前，發射臺對發射系統的監測比較完善，對于節目傳輸鏈路的監測比較薄弱，監測點少，監聽手段單一，無法對節目傳輸鏈路實現全覆蓋，監測主要依靠傳統的“聽”和“看”，缺少對音頻定量分析，使得節目傳輸鏈路監測存在盲點。

（2）由于節目傳輸鏈路涉及衛星上行機構及發射臺的多個單位與部門，使得各個單位、部門維護責任劃分缺乏技術系統邊界規范，只能根據維護制度解決技術部門的責任問題。

（3）當出現緊急代播時，各技術部門之間通過電話等手段溝通，完成確認、操作、復查等流程，存在響應時間長的問題。

（4）當節傳機房傳輸鏈路或設備出現故障時，只能依靠維護人員去判斷處理，不能第一時間快速恢復節目傳輸。

3? ?系統簡介

3.1 系統特點

（1）可以實現對發射臺節目傳輸全鏈路音頻監測。即從衛星接收信號后，分別在衛星接收單元、節目調度單元、音頻處理單元、發射系統單元、應急節目調度單元共五個關鍵環節進行音頻采樣，采樣點與節目傳輸主通路分離，當節目傳輸鏈路發生故障時，可快速定位音頻傳輸故障位置，減少故障的判斷時間^[1]。

（2）可以實現一點觸發、多點報警，第一時間給相關人員提示。節目傳輸全鏈路音頻監測的五個音頻采樣信號，可以對每個采樣點進行音頻監測，設置運行圖、報警功能、實時異動監控，通過部署在中控機房和發射機房客戶端人機交互界面，當故障發生時報警反饋給中控機房和發射機房值班人員，實現一點觸發、多點報警。

（3）可以實現對發射臺節目傳輸的應急播出。為了進一步提高應急處置能力，同時在發射機房部署了一套80路應急節目源。應急節目源能對可實現對發射機運行圖內所有節目路數進行調度；調度核心部件環路可編程數字音頻跳線盤采用純硬件無源設計，消除了電源、軟件等不穩定因素對節目傳輸的影響。當節傳系統發生故障或發射機自臺代播時，值班人員通過節目傳輸監測系統快速定位故障位置，并通過應急節目源調度系統3.6秒即可快速恢復節目傳輸，減少了判斷故障、響應、應急處理時間。

3.2 系統功能

（1）運行圖功能。用戶可編輯各信號通道運行圖，自行設定電平顯示區間和每路通道的標識，停播監測、調制度監測、閉環監測，當發生異常時能進行聲光報警，日志記錄和查詢功能包括開關機時間、異態發生和解除等信息。

（2）設備提供兩種監聽模式。A模式：通過軟件選擇任意一路輸入信號輸出至設備上的監聽3.5 mm小三芯插口，可以直接驅動耳機或有源信箱。B模式：將準備監聽的音頻信號數據傳輸送至位機，通過機載的聲卡輸出。

（3）多通道多格式的監測方案。音頻同時輸入實現混合監測的功能；通過組合不同的信號采集板實現多種監測方案。

（4）嚴格按國家標準的規定監測。使用國際標準音頻測試儀校準，其完全符合廣電GY/T 192-2003標準的要求。

（5）靈活的模塊化、分體式設計。上位機軟件基于Windows系統，支持后臺運行，占用資源少，對計算機硬件要求不苛刻；信號采集箱采用插件結構，如果采集板發生損壞，可直接帶電熱插拔更換備用板，不因為設備的部分損壞導致整個設備無法使用^[2]。

（6）設備功能可擴展。使用調制度采集板可以接收發射機末級反饋射頻信號或天線接收射頻信號，對信號實現調制度實時監測；使用TS流采集板可以實現對串行TS流中關心的音頻信號進行解碼監測工作，并實時分析碼流的各種表格信息；設備具有級聯擴展特性。

（7）可作為發射臺節目傳輸鏈路狀態檢修的支撐平臺。節目傳輸鏈路監測可通過音頻采樣終端設備進行信號處理，經應用和數據庫服務器后臺處理后，在人機交互界面可以對每個采樣點進行音頻定量監測，設置運行圖、報警功能，并進行實時異動監控，可根據不同情況進行歸類存檔，并提供查詢功能。

4? ?系統設計方案與主要結構介紹

4.1 系統結構

4.1.1 應急調度系統

（1）系統功能。當臺內代播時，機房通過跳線連接應急節目源實現節目的緊急快速切換；機房所有發射機都可以實現運行圖同時段節目備份；當中控機房節目源出現故障不能傳輸時，可用應急節目源通過跳線實現節目傳輸；通過電平顯示器可以直觀地觀察到每個接收機有無節目信號。

（2）設備配置。跳線盤內部采用全環通方式連接，在正常調度時，中控機房傳輸的音頻信號從跳線盤下排輸入，上排輸出；在發射機設備或者節目傳輸系統出現異態或故障時，值班人員用音頻短路跳線直接插入節目源和機號兩個插孔，這時從中控機房傳輸的音頻信號斷開，將應急節目源輸出到發射機。整個系統應急調度時間可在3～5秒內完成，操作簡單便捷。

（3）系統測試。節目傳輸系統出現異態或故障后，整個系統的應急調度時間為采用短路跳線連接節目源和機號兩個插孔的時間。通過試驗，應急調度可在3～5秒內完成^[3]。

4.1.2 節目傳輸鏈路狀態監測系統

（1）硬件部署。在中控機房部署兩臺衛星信號接收機，通過功分器連接至C波段與Ku波段天線。通過采集接收機的衛星信號強度，可以實時判斷衛星天線、功分器及天線信號源是否正常。同時在中控機房信號輸出端和發射機輸入端部署數字音頻采集設備。該設備通過解碼芯片將數字音頻進行解碼，獲得清流音頻的PCM采樣，然后通過FPGA計算獲得每個音頻采樣的DBFS值（-60-0）。在發射機輸出定向偶合器處部署數據采樣設備，獲取發射機輸出的功率、調制值以及實時音頻數據，并通過以太網將數據發送到數據采集服務器。SDR采集設備對發射機播出的開路信號進行正交采樣后，將信號發送至SDR數據解調服務器，解調后獲取實時音頻信號。各采樣設備的采樣值統一送入數據采集服務器。

（2）軟件系統。設備采集的數據進入軟件后，通過線程技術，定時送到采集服務器，服務器對數據進行分析，再送入后臺服務端軟件，供監測客戶端調用。后臺管理軟件會將數據整合，根據預設的報警閾值進行實時報警，在故障發生時，分析故障發生的位置并提供相關的應急預案。為保證各后臺程序的穩定運行，每個后臺服務建立了一個守護程序，當后臺程序出現故障時，能夠自動重啟后臺服務軟件。

客戶端采用輕客戶端結構，通過瀏覽器即可使用。但瀏覽器訪問的先天請求發送訪問方式具有及實時性差的缺陷，為解決此問題系統采用最新的WebSocket+HTML5的數據通信方式，系統能夠實時監聽各播出節點的音頻信號，同時因為音頻節目的實時性要求，在系統部署音頻直播服務器。

將各采集設備的音頻數據首先打包成MP3格式，然后將MP3字節流通過Websocket推送至客戶端。當客戶端需要監聽音頻時，將后臺推送來的字節流通過HTML5的MSE（Media Source Extension）加入到音頻緩沖區中，通過對音頻緩沖區的不斷刷新實現客戶端的音頻播放功能，保證了音頻的無延遲播放^[4]。

5? ?監測客戶端及遠程控制

以每臺發射機為獨立單元，自衛星信號接收、節傳機房信號發送，發射機信號輸入、發射機信號輸出、發射開路播出信號共五個關鍵節點，均部署信號采集設備，每部發射機為一個播出單元，通過對每個播出單元的整體音頻通路的信號監測，可以實現快速的故障報警、故障定位、減輕了運維人員故障判斷的時間，以及各播出環節運維人員溝通的時間。

軟件操作平臺由服務端程序、數據庫、客戶端應用程序等組成，通過客戶端應用軟件實現對系統和設備維護信息的統計，以及對故障狀況的分析和查詢，從而建設完善的數據中心系統。

軟件操作平臺是一個輕客戶端，通過瀏覽器即可使用。根據獲得到的音頻數據，對值班員進行提示，值班員可根據語音提示內容做出應急操作，報警的門限值也可以進行調整和設置。既可以呈現數據，也可以反饋操作。能夠實現播出信號監測，故障提示、實施音頻播放等功能。

為保證系統的兼容性及靈活性，其部署了一套后臺管理軟件對系統框架進行配置，對報警值等各種參數進行配置。該軟件能實現臺站整體框架配置功能，可自由配置發射機的通路，同時還是配置運行圖的同步時間、各采集設備的采樣參數、節目通路各節點報警閾值，以及應急預案設置功能。

6? ?設備日常維護

廣播電視是宣傳思想戰線的主陣地主渠道主力軍，擔負著維護社會穩定與國家安全的重大責任，它是黨和政府聯系人民群眾不可或缺的紐帶，是人民群眾獲取信息服務的主要渠道。黨和國家一直以來對廣播電視工作高度重視，要確保廣播電視的安全播出，在運行維護中節目源監測技術的應用就必不可少。

在系統的運行維護過程中，有很大一部分工作是硬件維護。我們對系統包含的設備按樹形結構分類，將所有設備進行最小單元的分解、統計和編碼，同時記錄IP地址等配置信息，在使用中可以隨時更新設備的運行狀況與維修狀態，將現有設備信息電子化，在使用中分析設備的健康狀況和使用壽命，可以提前發覺潛在的問題，為之后的巡檢維護工作打下基礎。

7? ?結束語

綜上所述，全鏈路音頻監測技術在保障廣播電視安全播出的運維工作中具有重要作用。隨著科技的發展，監測技術已經有了很大的進步。從故障發現的角度看，本監測系統可大大提高機房設備故障排查的速度，通過歷史數據的比對，能做到提前預判故障；從設備管理的角度看，借助本系統，對在線設備正常運行狀態進行歷史的積累，今后無論是需要更換或者升級設備，都能根據歷史數據選擇更合適的替換設備。

參考文獻

[1] 楊波，王元杰，周亞寧．大話通信（第二版）[M]．北京：人民郵電出版社，2019.

[2] 車晴，王京玲．衛星廣播技術[M]．北京：中國傳媒大學出版社，2015.

[3] 國家廣播電視總局無線電臺管理局．《廣播電視安全播出管理規定》及專業實施細則[Z]，2018.5.

[4] 歐陽樂平．廣播電視傳輸系統日常維護及管理分析[J]．西部廣播電視，2015（07）：2015.