廣播電視監控系統設計與新技術應用

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新一代廣播電視發射臺自臺監控系統，結合當前廣播電視發射臺模數過渡期模擬與數字設備混雜，多類型、多廠家設備共存的現狀，采用了先進的設計理念，應用新型智能多功能數據采集器和智能協議解析監控軟件等新技術，通過對發射臺節傳設備、發射設備、環境及電力設備監控的實施，實現了對發射臺各類運行設備及機房環境全面直觀地監管監測，進一步提升了廣播電視發射臺機房的現代化管理水平。

引言：

隨著發射臺節目源及發射設備的逐步增多，傳統的運維管理方式由于采用人為定時抄表巡機，故障記錄不及時，故障原因查找分析困難。為了保障安全播出，對發射臺設備實施集中智能化監控管理已是必行趨勢。當前，廣播電視發射臺正處于模數過渡轉型期，由于各個發射臺的發射機類型、廠家各不一樣，通訊協議也多種多樣，部分老設備甚至沒有通訊接口和協議，在實施計算機智能化管理過程中造成了很大困難。為解決此類難題，本系統方案從安全播出及全設備監管角度考慮，應用新型智能多功能數據采集器和智能協議解析監控軟件等新技術，設計部署了包含機房各類節傳、發射、電力設備及機房環境等的全方位監控系統，并將設備故障原因自動進行記錄，進而實現設備運行分析、故障分析，達到提前預判故障點，快速分析處理故障，增強了安全播出的可靠性，進一步保障了廣播電視發射臺的安全播出。

1.自臺監控系統設計

1.1總體框架

根據當前廣播電視發射機房的現狀與發展的需求，自臺監控系統一般包括信號節目監測和發射設備及環境電力監控等。節目監控一般由解碼器、節目調度切換系統和節目多畫面構成，發射設備及環境電力等監控由數據采集器及機房監控系統軟件構成。總體構成框圖如圖1所示。

1.2總體功能設計

廣播電視發射臺自臺監控系統主要包括：1、播出信號監測系統；2、設備運行監控系統；3、電力環境監測系統；4、自動化管理系統；5、大屏顯示系統。工作設備運行監控系統，對信號傳輸、發射設備的狀態及技術參數進行監控、報警、記錄；電力、環境監測系統，主要包括對機房的電力供配電設備、環境溫度、濕度的監測以及對煙霧、漏水等狀況的監測；播出信號監測系統，通過三層監測設計對節目源碼流信號、傳輸切換信號、射頻發射信號進行監測；節目調度切換管理系統，對多節目流進行分配、切換等調度管理；自動化管理系統，主要實現監控管理、數據存儲，監聽監看調度等功能。大屏多畫面顯示系統作為全臺設備工作狀況和視音頻圖像的顯示系統。

2.運行設備及動環監控系統

2.1系統框圖（圖2）

2.2系統功能設計

2.2.1系統硬件設計（1）先進嵌入式處理器的應用新一代數據采集器的設計主要采用了基于ARM構架的多核處理器的主板，集成了12路RS485接口、4路網絡接口以及8路模擬量接口和8路開關量接口，主板為嵌入式多協議工控主板，采用FreescaleCortexTMA9作為處理器，考慮到高山多雷等因素采用了雙電源熱備份。（2）集成接口電路的設計考慮到不同廠家、不同發射機接口的不同，硬件數據采集器設計了多種接口RS232、RS485、AI/DI模擬數字量接口、網絡接口等多種形式。（3）無數據通訊接口發射機數據采集的設計由于發射臺站有一些發射機屬于老舊設備，沒有通訊接口，本系統采用了微型采集器，使用定向耦合器對發射機的功率進行監測采集，對工作電壓、電流、溫度等直接進行A/D轉換進行采集，從而實現了對發射機新、舊設備的全方位監控。（4）防雷及抗電磁干擾的設計新型數據采集器在接口電路上使用了防雷設計和防電磁干擾設計，在接口電路上著重采用了防浪涌防雷陶瓷氣體放電管B3D090L-C，用于保護敏感型電子設備，免受中低強度的雷擊感應浪涌和其他電壓瞬變的侵害。（5）環境、電力監控的設計環境、電力系統也是發射臺正常運行的基本保障，保證播出安全的重要系統。環境監測主要是對機房及工作環境溫度、濕度的多點監測，并實時記錄，同時對溫度、濕度、煙霧探測、漏水探測等報警信息進行實時探測，發生故障時進行聲光報警，并進行報警信息記錄。電力監測是動環監測重要組成部分，實時記錄市電、配電柜、穩壓電源等電力設備的工作值，同時能夠探測各個電力設備的過壓、過流等報警信息，進行聲光報警，同時記錄報警信息。電力監測由于發射臺供配電設備很多都沒有通訊接口，需要進行硬采，在本設計中采用安裝電流互感器及多功能數字電力表來進行采集通訊。（6）數據采集器的設計發射機是廣播電視發射臺核心的信號發射設備，發射機的安全可靠運行是臺站的核心工作。本設計中主要考慮臺站設備眾多、接口繁雜等因素，有效解決傳統監控的施工復雜、使用性差、故障率高等因素，采用了基于ARM構架數據采集器及內部嵌入式系統，既兼容了各種接口，同時其多線程處理技術又能保障對多臺發射機進行實時采集和協議轉發處理。系統框圖如圖4所示。

2.2.2系統軟件設計（1）智能協議解析系統的設計軟件系統建立了以智能協議解析系統為核心的設計，采用最新的開發系統RADStudioXE8，可以對不同的廠家協議建立接口模型、算法模型，用戶建立好模型后自動解析設備數據。在數據方面采用了目前最為流行的MySQL數據庫，體積小、安裝簡易、使用靈活等。系統框圖設計如圖5所示。（2）優化的3D仿真界面的設計該系統通過核心通信模塊與采集器進行通訊，將得到的數據通過核心智能解析系統，進行數據解析處理，得到統一的標準數據（包括量化數據和報警數據等），將得到的數據根據系統設置好的的機房信息和設備信息進行進一步處理，輸出到3D顯示多畫面，同時對報警數據進行實時聲光報警。MySQL作為數據的存儲數據庫，系統實時將得到的數據存儲到數據庫中，軟件的歷史數據進行了分類處理，得到了年、月、日、周、季度等統計報表，方便管理。

3.節目監測系統

3.1系統框圖

3.2系統功能設計

3.2.1大屏多畫面顯示系統設計（1）節目監測軟件系統對發射臺的信號源、切換系統信號、發射信號的碼流打包成IP流輸出，通過各個信號的組播地址將碼流解碼到節目監測軟件系統。節目監測軟件系統采用了多畫面自由組合分割模式，可以實現16畫面、24畫面等多種模式。系統除對節目的畫面顯示外，還可以實現對視音頻信號丟失報警、臺標丟失報警、靜幀報警和硬盤容量不足報警等功能，采用聲音報警方式提醒用戶，并把報警信息紀錄到數據庫，用戶可以方便地查詢報警的歷史數據。（2）先進LED大屏顯示系統大屏顯示系統由大屏顯示墻、圖像拼接控制器、控制計算機、交換機和控制軟件組成。大屏幕顯示墻由高清液晶屏和LED條屏組成屏幕墻，作為全臺工作狀況和視頻圖像的顯示系統。大屏系統使用了智能多畫面拼接處理器，具有多種不同的畫面分割顯示模式，顯示位置大小數量可調，各路視頻畫面大小、位置可以任意調整組合。大屏顯示系統分別顯示播出信號監測系統、設備運行監控系統、電力環境監測系統的相關工作軟件控制界面以及各類其他信息，采用圖像拼接控制器和各系統管理終端連接，實現各子系統的畫面顯示和切換。

3.2.2節目調度系統設計智能多功能信號分配切換器的應用：傳統模式下一般一套節目采用一臺獨立的切換器，然后再采用一臺獨立的分配器作為節目管理調度系統使用。但隨著央視及地方數字電視節目的覆蓋，節目越來越多，傳統模式體現出了布線復雜，造價昂貴，管理繁瑣，效率低下等缺點，本系統采用智能多功能切換分配器，是一臺內含多個獨立板卡的多路切換器分配器，支持數字ASI主備切換卡、視音頻四路切換卡、音頻四路切換卡、視音頻分配卡、音頻分配卡、CDR主備切換卡等多種切換器卡和分配器卡。多路切換器分配器支持主備插拔電源供電，主電源出現故障后，自動切換到備電源供電。多路切換器分配器具有手動和自動兩種切換方式，在自動切換方式下，當第1通道無信號輸入時，設備的主切輸出將自動切換到其他有信號的通道，在第1通道無輸入時，蜂鳴器發出報警聲提示，從而提高安全播出的預警能力。具有體積小巧（2U機箱），功能多、集成度高等特點。智能多路切換器分配器支持遠程節目調度軟件，可實現遠程控制切換器的信號切換、狀態查看、手動自動模式、關閉蜂鳴報警等功能。

4.自動化管理系統

4.1硬件組成

自動化管理系統由交換機、管理服務器、數據庫服務器、存諸服務器、存儲硬盤、監聽監看調度服務器、客戶端組成，主要實現監控管理、數據存儲，監聽監看調度等功能。

4.2監控平臺服務系統軟件功能設計

能實現機房設施管理、服務器管理、存儲管理、應用管理等的統一管理。具有監控本級管理平臺機房設備故障的能力；能夠實時監測顯示各類廣播、電視發射機的各項運行數據參數；按控制權限的分類，控制發射機的工作狀態，開機、關機、升降功率、升降調制度及信號源的切換等控制功能；具備定時自動開關機使能、遙控開關機使能、自動倒機使能功能，用戶可根據情況選擇相應的功能；具有系統運行日志（發射機和操作日志），能夠支持每天自動抄表，自動上報發射機及相關設備運行數據，支持手動\自動抄表；具有數據查詢及報表統計功能，能自動生成特定的各種報表（日、周、月、季、年播出統計報表、故障統計報表，以及維護、維修、搶修、故障修復統計報表等），此外還預留網絡管理、視頻監控管理等多種擴展功能。

5.結束語

廣播電視發射臺自臺監控系統的建設是實現發射臺安全播出、提高管理效率的重要手段，是發射臺站技術發展和進步的必然趨勢。通過應用新一代自臺監控系統技術，對于復雜多通道節目信號源，通過集成調度切換分配技術，對信號進行集中管理調度，終端通過多畫面監測主機及LED顯示屏的應用組成多畫面大屏顯示系統，形成了三層信號監測體系，包括信號源、切換信號、發射信號，進而對信號傳輸實施了全面的監測。系統選擇支持對不同設備、不同接口協議的高集成度的數據采集器及具有智能協議解析監控管理軟件的設計來實現適應現代廣播電視發射臺機房管理的實際需求，實現了對發射臺各類運行設備及機房環境全面直觀地監管監測，進一步提升了廣播電視發射臺機房的現代化管理水平。

作者：韓榮華 單位：山西廣播電視無線管理中心