基于Python的信源故障模擬切換軟件設計

摘要：在數字化時代的環境下，科學技術的飛速發展給人們的生活生產帶來了巨大的變化，廣播電視信號的傳輸發射也全面趨向于數字化。為了確保信號傳輸的穩定及清晰，盡快適應新技術、新設備的兼容與共享，臺站更新換代了各類新的數字設備。但在新設備投入使用后，對工作人員的相關專業技術水平也提出了更高的要求，同時也對技術培訓、演練的及時性、實用性、有效性提出了更高的要求。

關鍵詞：Python計算機編程語言；信源；故障模擬；培訓演練；軟件設計

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.11.006

中圖分類號：TN 94；TP 31" " " " " " " " "文獻標志碼：B" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）11-00-03

Design of Source Failure Simulation Switching Software Based on Python

ZHANG Wen

（NXTV， YinChuan 750000， China）

Abstract： In the environment of the digital era， the rapid development of science and technology to people's lives and production has brought about great changes in the transmission of radio and television signals are also comprehensively tending to digitalization. In order to ensure the stability and clarity of signal transmission， as soon as possible to adapt to new technologies， new equipment compatibility and sharing， the station upgraded all kinds of new digital equipment. However， after the new equipment is put into use， the related professional and technical level of the staff also puts forward higher requirements， and at the same time， it also puts forward higher requirements for the timeliness， practicability and effectiveness of the technical training and rehearsal.

Keywords： Python; source; fault simulation; training and drills; software design

0" "引言

隨著科學技術的快速發展，廣播電視行業相關設備技術也得到了充分的提升。臺站使用的信源設備集成化程度越來越高，技術越來越先進。由于日常演練時間不足、設備分散、故障重現困難等原因導致工作人員對于新型設備了解不夠，不敢操作，一旦發生節目播出中斷，極有可能造成停播事故。

1" "日常技術演練中存在的問題

1.1 演練時間不足

技術培訓及實機演練的時間直接影響著工作人員對于設備使用、應急、排障的熟練程度。在日常工作中，按照上級部門的要求，只安排每周二13：00時至17：30時停機對設備進行例行檢修維護。因此，也只有在此時間段內進行技術培訓、實操演練不會對廣播電視安全播出工作產生影響。在這樣緊湊的時間段內，既要進行正常的例行檢修維護，又要開展故障模擬演練，時間顯然是不夠的，倉促作業往往達不到好的效果，還可能留下安全播出隱患，工作人員對新設備的各種功能及操作仍然不了解、不熟悉。

1.2 使用設備分散

在進行日常技術培訓及實機演練的過程中，由于設備安裝的需求，通常都不會集中在同一個位置，如信源的切換面板一般都安裝在值班室控制桌前，而切換器及各個信源設備都安裝在信源機房的機柜里，這導致了在培訓、演練過程中無法讓工作人員切實看到設備本身發生的變化，僅能在控制桌操作演練完成后，再到相關設備機柜前進行講解，使得整個演練過程不完整，對整個操作流程理解不透徹。

1.3 故障重現困難

技術培訓及實機演練主要針對的是容易出現的各類故障以及為了確保安全播出所要做的應急操作。目前在大部分臺站使用的信源系統中，監聽監看設備及信號的發射播出設備基本都是分離的。這導致了在培訓、演練時，在故障的模擬復現時，必須對監聽監看設備及播出設備同時進行操作，使得本就不多的演練時間，更多地花費在了模擬故障的復現上，而非排除故障上。

1.4 工作人員理解

每個人的學習能力、理解能力均有所不同，在日常集中的技術培訓及實機演練中，無法保證每個參與的工作人員都能夠完全理解所講內容。當講解人員培訓完成后，還需在規定的停播時間段內將設備恢復至正常狀態，確保廣播電視節目的安全播出。而部分工作人員對一時無法理解的內容沒有時間再次進行實操演練；對不太熟悉的操作也不敢動手再次操作，處理故障的熟練度、及時性都沒有得到有效地提升。

1.5 原理理解不透

在日常的技術培訓、實機演練中，工作人員大部分情況面對的是各個頻道的監聽監看大屏，在進行信源操作時，切換面板也僅顯示當前選用的是哪一路信源。但是，對于當前信源在整個信源系統中所處的位置，上下游的設備鏈路都沒有直觀的展示，這導致工作人員只清楚當前使用的信源是什么，信源的狀態是否正常，而對于整個信源系統及傳輸原理沒有完整的認知，對新設備更加難理解。

2" "模擬故障演練軟件的設計

2.1 開發平臺

軟件的整體開發語言選用Python，界面UI使用pyQt5 designer進行設計。選擇原因主要是基于Python開發可以極大地縮短開發時間，且在軟件設計完成、打包后，有較強的可移植性和兼容性。

2.2 界面UI設計

由于本軟件的設計目的是模擬真實設備在現實使用環境中出現的各類常見故障，并對相應的操作動作造成的影響進行展示，所以整個界面是完全按照我臺22CH、28CH信源監聽監看大屏、設備實際外觀、設備實際安裝位置進行設計的，包括22CH、28CH各信源監聽監看大屏、信源切換器、機柜設備，22CH、28CH信源流程原理圖及隨機故障模擬、復位按鈕。

2.3 軟件邏輯依據

本軟件完全依照我臺設備實際部署邏輯設計，在使用過程中，對前級設備對后級設備造成的影響、故障的設備點位、切換器選定信源對信源監聽監看系統及播出系統造成的影響均有所展示。

我臺22CH信源流程圖如圖1所示，共使用三路切換，主路為衛星接收機接收到的中星6D節目，備路和輔路信號均來自中星6B，主要用于選擇使用復用器1或復用器2。

我臺28CH信源流程圖如圖2所示，播出節目包括地方節目及中央節目，所以整體設計采用兩級切換。前級切換由中星6B、中星6E的中央切換和中星9號、光纜信號的地方切換組成，將所選出的中央節目信源及地方節目信源送至復用器3和復用器4進行復用。末級切換則主要用于選擇該節目所使用的復用器。

2.4 軟件邏輯設計

2.4.1 數據結構的定義

由于軟件是對真實設備在現實使用環境中的模擬，所以需要對各個模擬設備的各種狀態進行定義。由于在實際應用中，編碼器的每一個節目前級都對應一臺衛星接收機，但在信源監聽監看大屏上，僅對編碼器進行監測，所以在對編碼器的模擬中，使用了組內嵌套字典的數據結構，這樣可以定義編碼器前級每個衛星接收機的狀態。在對復用器、切換輸出等設備畫面進行模擬時，均采用組內嵌套組的數據結構，一般包括設備的狀態是否正常、畫面輪詢時顯示第幾個節目、節目圖組、節目名稱組等數據。

2.4.2 初始化

在運行軟件時，首先會自動對各設備的模擬狀態進行初始化。創建界面UI、定義各設備圖片存儲位置、綁定界面各控件的信號與槽信息、設置切換器為自動模式、設置切換器各模塊均處于主路選定狀態、設置各設備模擬狀態均為正常、設置各監聽監看畫面狀態均為正常。當所有界面、設備狀態初始化完成后，會調用對應的畫面更新函數，更新顯示各監聽監看畫面、機柜設備標識、切換器信源選定標識、信源流程圖等。

2.4.3 隨機模擬故障

點擊軟件界面的“故障模擬”按鈕，此時會在1至2中生成一個隨機數，用于確定故障點發生在22CH還是28CH處，之后會再次在1至3中生成一個隨機數，對該隨機數進行除以2的取余運算，用于確定故障點發生在衛星接收機、編碼器還是復用器處。

在確定了以上兩步后，會分情況進行接下來的操作，如果故障點處于22CH，則此時會在1至6中再次生成一個隨機數，然后判斷故障點位置處于衛星接收機或復用器時，對該隨機數進行除以3的取余運算，用來確定具體的故障設備，如0為衛星接收機，1為編碼器2，2為編碼器3故障。如果故障點位置處于復用器，則對該隨機數進行除以2的取余運算，用來確定是復用器1還是復用器2故障。

如果故障點處于28CH，則此時會在1至8中生成一個隨機數，然后判斷故障點位置處于衛星接收機或復用器時，對該隨機數進行除以4的取余運算，用來確定是衛星接收機、編碼器1、編碼器4還是編碼器5故障。如果故障點位置處于復用器，則與22CH操作一致，用于判斷故障發生在復用器3還是4。

當模擬故障點通過各隨機數確定后，更新該設備模擬狀態為異常，然后更新監聽監看大屏及機柜設備的顯示。

在更新監聽監看大屏及機柜設備顯示時，首先判斷各個設備的狀態是否正常，確定故障點位，然后再將該點位及受到影響的對應監聽監看大屏畫面更換為“黑場 無伴音”的報警圖片，同時將該設備點位在機柜設備模塊的對應圖片更新為紅色，代表故障設備；將下級鏈路中的設備更新為黃色，代表影響設備，可將鼠標懸停在任意設備圖片上，即可顯示設備名稱。

2.4.4 切換器操作

我臺切換器在日常使用時處于自動模式，此時無法進行手動切換，需將左側按鈕按下，亮藍光時才可以操作。所以在設計模擬切換器操作時，特意保留了該功能，當自動/手動模式切換按鍵處于自動模式時，模擬切換器的所有信源切換按鈕均不可被選定；當處于手動模式時，該按鈕周邊顯示藍色，且信源切換按鈕可被選定操作。

當模擬切換器某路信源發生切換時，會對監聽監看大屏、機柜設備圖及信源流程圖進行更新。將故障且受到影響的監聽監看大屏畫面更新為“黑場 無伴音”，對不受影響的畫面更新為正常節目的截圖；將機柜設備中故障點位及受影響的下游設備圖片更新為對應的紅色或黃色，對不受影響的設備更新為正常設備顏色；對信源流程圖中當前切換器選中的信源更新為綠色，對未選中的信源更新為無底色。

2.4.5 復位操作

點擊軟件中的“復位”按鈕，可將當前設備模擬的狀態標識均設置為正常，再將監聽監看大屏圖片及機柜設備圖片更新為正常狀態下的圖片。復位操作只對故障點進行復位，不會對切換器的自動/手動狀態、信源選擇線路及信源流程圖的標識進行復位。

2.4.6 輪詢操作

在實際監聽監看系統中，由于需要節省顯示資源，對于復用器及切換輸出的畫面均采用20秒輪詢顯示策略。但是該輪詢顯示在日常培訓、演練中會導致在需要講解某個節目的故障表現時，需要等待畫面輪詢至該節目，且顯示時間僅有20秒。同時如果在模擬軟件中實現定時輪詢功能，需要再開一個線程，對該功能進行單獨實時處理。綜上考慮，軟件的輪詢操作最終使用手動切換來實現，在存在輪詢功能的畫面下，分別設置了左、右切換按鈕，當按下按鈕時會更新該設備中“所選畫面”的數值，然后再對應到該數值所指圖片組中的圖片，進行畫面更新。當該數值減小或增加到限定畫面數量大小時，重新對該數值進行設定，以達到循環畫面的目的。

3" "實現成果

在該軟件開發結束并由多個班組使用后發現，使用該軟件能夠極大地提高工作人員的技術水平，使技術人員不再局限于特定時間進行培訓演練，可以在任何時間使用模擬軟件對各故障點進行對應操作；由于軟件將機柜設備狀態以及所選信源在整個信源系統中的位置做出了標識，使得在日常技術培訓、演練時，講解人員能夠更方便、全面地對故障點的各種表象進行講解，工作人員也能夠更直觀地看到整個信源系統的狀態；為了貼近實際設備，所有監聽監看畫面位置、設備圖片及切換器的圖片均與真實設備外觀及擺放位置高度一致，使得在使用軟件時不會脫離現實設備，有助于工作人員更好地了解、學習設備的使用方法。

4" "結束語

廣播電視節目的安全播出是發射臺站工作的重中之重，提高工作人員的專業技術能力是保障安全播出的根本。這就要求在日常技術培訓、演練中要做到“人人懂原理，人人會操作，人人敢操作”，從而不斷提高值檢人員的應急操作能力和專業技術水平，為確保廣播電視節目的安全播出奠定堅實的技術根基。