廣播發射臺開路監測系統的設計與實現

劉奎富

摘 要：本文針對實際業務需求，設計與實現了一個遠程遙控監測系統，在業務管理上對發射系統進行不同地點的高效實時監測，在發射臺業務管理上進一步節省人力成本。本文采用了工控機處理器作為站點核心硬件，對軟件體系進行設計實現，并引入語音評估及可視化數據分析技術，最后給出了一個遙控監測系統架構。經測試，該套系統安全穩定，有力地保障了節目播出安全。

關鍵詞：遙控監測系統；處理器；語音評估；數據可視化

中圖分類號：TN93 文獻標識碼：A

一、引言

近幾年來，綜合大型廣播發射臺迅速發展，監測要求的不斷提高，監測任務較大的臺站自臺監測系統不穩定問題日益突出，特別是現有監測系統為單地點收測，收測誤差大。不同地點收測越來越顯重要。如何有效利用現有網絡資源，實現異地開路收測，本地監聽分析處理，減少自臺監測誤差有意義的研究課題。

二、自臺監測系統的現狀

原有自臺監測系統使用的是機房開路監聽和閉路監聽，開路監聽使用專業收音機，閉路監聽使用質量保證系統，但是兩個系統各有優點，也存在一些問題，是相互依存補充的兩套關系。兩套系統結構及功能其弱點在使用中也逐步暴露出來，比較集中和突出的問題有以下幾方面：

1 閉路質量保證系統，取樣探頭安裝在發射機輸出端或天線交換閘至天線端，由于天線的互易性既有發射功能又有接收功能，有時接收存在誤報問題。

2 開路收音機接收由于在一點接收往往由于發射臺發射頻率多，諧波多，各頻率場強差異較大，相互串擾問題嚴重；再加上發射天線的定向性，造成針對某些方向發送的節目接收場強小，接收質量差，造成接收失敗或接收質量降低，無法判斷接收質量。

三、發射質量監測方案的設計目標

硬件方面，使用最新的微處理器架構，減少遙控監測系統的體積，為以后的硬件安裝和維護提供便利；軟件方面，遙控監測系統按照無人值班的形式進行總體設計和系統配置。

系統物理架構分為兩部分，一部分為遠程遙控采集終端，另一部分為本地控制管理軟件系統，兩個系統通過內部專網實現連接。系統拓撲圖如圖1所示。

該套發射質量監測方案具有以下特點：

1 引入基于錄音文件的語音評估系統，對各頻次語音數據進行自動評估，輸出判斷結果及置信度，提高系統智能化程度。

2 建立了集中的數據管理機制，將各站點分散的監測數據回傳至采集服務器進行集中存儲，通過寬帶網絡實現大數據的匯聚并進行綜合分析，深入挖掘信號數據的特性，增強了整個系統的數據管理能力。

3 建立集管理、分析、顯示功能于一體的綜合軟件平臺，具有良好的易用性及可拓展性。

四、系統總體設計

1 系統硬件組成

采集終端的硬件組成如圖2所示。基于改造成本等因素，采集終端沿用了臺內已有的天饋線及接收機系統，同時采用了控制及測量工控機處理器。

整個方案通過寬帶網絡進行數據通訊，為分散、大量的監測數據匯聚分析提供物理支持。

2 系統軟件組成

在軟件方面，系統采用C/S和B/S混合架構，劃分為兩個部分：采集服務軟件和用戶操作軟件。兩者的服務器均部署在本地發射臺點，系統響應更快，具有更好的用戶體驗。

2.1 采集服務軟件實現

采集服務軟件是基于C/S架構的業務處理應用軟件，使用TCP、UDP協議通過專網與采集終端通信，可以控制多個采集終端，主要實現數據采集回傳與任務管理。

采集服務軟件的開發有兩個關鍵點：

（1）采集服務軟件與采集工控機的通訊機制、采集服務軟件與用戶操作軟件的通信；采集服務軟件與采集工控機主要是通過UDP，TCP協議來進行通訊的，UDP協議傳輸實時性數據如：音頻碼流，指標數據等。TCP協議主要用于遙控工控機設備進行遠程操作。在采集工控機遠程數據中，指標數據和操作數據是較短的，這類數據使用SOAP將其封裝成HTTP服務，供用戶操作軟件調用。

（2）采集工控機的音頻數據是大數據，基于SOAP的HTTP服務也不適合用于傳輸這類大數據量。因此，系統在每個采集服務軟件端同時實現了音頻服務器的功能。該音頻服務器實現了優先級請求處理，在確認有連接需求時向用戶客戶端直接轉發音頻數據包。客戶端采用Direct Show Filter技術實現了音頻接收插件，該插件嵌入windows media player，通過COM注冊的方式，易于集成到網頁中。

（3）任務執行調度

在同一時間，不同的遠程主機或任務有可能并發訪問同一個采集終端，造成設備占用沖突。為解決該問題，我們引入了優先級隊列循環執行調度機制，設計了一個主體任務框架來實現。其基本框架包含Task Main、Task Offset、Task Quality、Task Spectrum、Task Voice Record等，其中Task Main為任務總調度線程，負責啟動并協調各任務線程?？偩€程可調度并執行可以同時進行的任務，并更新當前時段運行圖，其余線程從總線程中得到任務參數后，執行各自任務并將結果入庫。圖3為采集服務軟件的任務調度流程。

2.2 用戶操作軟件實現

軟件系統B/S部分即用戶操作軟件，其系統架構如圖4所示，采用Flex+Fluorine Fx+C#+Database框架的多層架構模型實現，共分為表示層、業務層及數據層。各層軟件模塊采用不同語言開發，通過標準化松耦合，系統可維護性大幅提高。

系統架構各層的主要內容如下：

（1）表示層

采用Flex作為前端表示層開發語言，提供采集終端狀態顯示、數據圖形化統計和分析、在線監聽及各類功能界面。Flex 提供了豐富的GUI 控件，能夠創建高交互性富客戶端，并顯著提高Web 客戶端的響應速度，同時具有平衡計算負載的能力。這種特點能夠減輕界面繪制工作量，專注于功能實現。

（2）業務層

系統后端業務層采用C#語言開發。開源項目Fluorine Fx是專門針對.NET平臺與Flex通信提供的AMF協議通信網關，它提供了一種在.NET框架下對Flex的遠程數據服務和實時數據調用的技術。引入Fluorine Fx架構后，用戶操作軟件Web服務器前臺能夠以廣播方式與多個客戶端建立連接，同時發送多組并行數據，并將結果返回給客戶端展示；后臺能夠與各節點采集服務軟件建立通訊連接，實時接收回傳數據。

語音評估服務器接受.NET服務器調度，響應基于Flex 客戶端的請求并自動評估各頻次錄音文件，評估結果入庫后返回給客戶端。

（3）數據層

用于建立不同的存取機制實現對業務數據的存儲和管理。

錄音文件采用無壓縮的PCM方式編碼，存儲為.wav文件，滿足語音評估的要求。每個錄音文件時長在1分鐘左右，文件大小約1300kb，一個采集前端每天的錄音存儲約1.5Gb，默認保存30天。系統調用語音評估引擎為每個文件自動打分，并將評估結果寫入數據庫表中。

五、數據可視化分析

遙控監測系統中，所有監測業務數據全部集中在本地服務器，這些數據的實時獲取為系統的智能化分析提供了前提。運用圖形化技術，將數據繪制成高精度、高交互性的直觀圖表，并允許實時改變查詢參數，對數據進行定性觀察及定量分析，表1為數據分析的步驟說明。

監測業務數據大致分為3類：

一是監測網基礎數據，如運行圖及音頻錄音文件等；

二是信號指標數據，如信號電平、調幅度值等；

三是報警類數據，包括指標報警及設備報警。用戶操作軟件自動輪巡各采集前端，將監測業務數據匯總后，統一顯示在主界面，包括設備狀態顯示、指標數據顯示及異態報警指示燈等。

每個采集終端可進入數據分析頁面，查詢詳細圖表數據，包括總體情況統計、模擬接收機、指標數據查詢曲線、語音評估分數情況圓圖及報警數據查詢柱狀圖，如圖5所示。

經過壓力測試，運行圖刷新及在線監聽等實時操作基本無延遲，響應及時；指標及報警數據查詢能主動判斷開始結束時間，并自動縮放顯示時間軸，保證查詢時滯小于1秒；語音評估結果3分以上合格率統計時滯小于1秒，用戶體驗良好。

結語

該系統使用當前流行的互聯網開發語言Flex和中間件開源庫Flourine Fx進行開發，解決了現有監測系統界面表現力差，實時監測響應速度慢等問題，通過引入智能語音評估系統，在信號指標判斷的基礎上進行綜合評判，提高了在線遠程監管能力，將監測提升到一個新的層次，同時系統預留了相關的接口及協議，具有高度的可擴展性，方便后續進行維護升級。該套系統已在臺投入使用，目前該系統運行穩定，故障率低，可靠性高，為廣播監測開展提供了有力的技術保障。

參考文獻

[1]張全勇， 滿達， 梁雅娟.廣播發射臺簡易智能監控系統的設計與實現[J].內蒙古廣播與電視技術，2013 （02）.