廣播發(fā)射臺開路監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉奎富

（國家新聞出版廣電總局四九一臺，北京 100121）

一、引言

近幾年來，綜合大型廣播發(fā)射臺迅速發(fā)展，監(jiān)測要求的不斷提高，監(jiān)測任務(wù)較大的臺站自臺監(jiān)測系統(tǒng)不穩(wěn)定問題日益突出，特別是現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)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(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)資源，實現(xiàn)異地開路收測，本地監(jiān)聽分析處理，減少自臺監(jiān)測誤差有意義的研究課題。

二、自臺監(jiān)測系統(tǒng)的現(xiàn)狀

原有自臺監(jiān)測系統(tǒng)使用的是機房開路監(jiān)聽和閉路監(jiān)聽，開路監(jiān)聽使用專業(yè)收音機，閉路監(jiān)聽使用質(zhì)量保證系統(tǒng)，但是兩個系統(tǒng)各有優(yōu)點，也存在一些問題，是相互依存補充的兩套關(guān)系。兩套系統(tǒng)結(jié)構(gòu)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(zhì)量保證系統(tǒng)，取樣探頭安裝在發(fā)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(fā)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(fā)射臺發(fā)射頻率多，諧波多，各頻率場強差異較大，相互串?dāng)_問題嚴(yán)重；再加上發(fā)射天線的定向性，造成針對某些方向發(fā)送的節(jié)目接收場強小，接收質(zhì)量差，造成接收失敗或接收質(zhì)量降低，無法判斷接收質(zhì)量。

三、發(fā)射質(zhì)量監(jiān)測方案的設(shè)計目標(biāo)

硬件方面，使用最新的微處理器架構(gòu)，減少遙控監(jiān)測系統(tǒng)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(jiān)測系統(tǒng)按照無人值班的形式進行總體設(shè)計和系統(tǒng)配置。

系統(tǒng)物理架構(gòu)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(tǒng)，兩個系統(tǒng)通過內(nèi)部專網(wǎng)實現(xiàn)連接。系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示。

該套發(fā)射質(zhì)量監(jiān)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(tǒng)，對各頻次語音數(shù)據(jù)進行自動評估，輸出判斷結(jié)果及置信度，提高系統(tǒng)智能化程度。

2 建立了集中的數(shù)據(jù)管理機制，將各站點分散的監(jiān)測數(shù)據(jù)回傳至采集服務(wù)器進行集中存儲，通過寬帶網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的匯聚并進行綜合分析，深入挖掘信號數(shù)據(jù)的特性，增強了整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)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(tǒng)總體設(shè)計

1 系統(tǒng)硬件組成

采集終端的硬件組成如圖2所示?；诟脑斐杀镜纫蛩?，采集終端沿用了臺內(nèi)已有的天饋線及接收機系統(tǒng)，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(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通訊，為分散、大量的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯聚分析提供物理支持。

2 系統(tǒng)軟件組成

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

2.1 采集服務(wù)軟件實現(xiàn)

采集服務(wù)軟件是基于C/S架構(gòu)的業(yè)務(wù)處理應(yīng)用軟件，使用TCP、UDP協(xié)議通過專網(wǎng)與采集終端通信，可以控制多個采集終端，主要實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集回傳與任務(wù)管理。

圖1 遙控監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖

圖2 采集終端硬件框圖

圖3 任務(wù)調(diào)度流程圖

采集服務(wù)軟件的開發(fā)有兩個關(guān)鍵點：

（1）采集服務(wù)軟件與采集工控機的通訊機制、采集服務(wù)軟件與用戶操作軟件的通信；采集服務(wù)軟件與采集工控機主要是通過UDP，TCP協(xié)議來進行通訊的，UDP協(xié)議傳輸實時性數(shù)據(jù)如：音頻碼流，指標(biāo)數(shù)據(jù)等。TCP協(xié)議主要用于遙控工控機設(shè)備進行遠程操作。在采集工控機遠程數(shù)據(jù)中，指標(biāo)數(shù)據(jù)和操作數(shù)據(jù)是較短的，這類數(shù)據(jù)使用SOAP將其封裝成HTTP服務(wù)，供用戶操作軟件調(diào)用。

（2）采集工控機的音頻數(shù)據(jù)是大數(shù)據(jù)，基于SOAP的HTTP服務(wù)也不適合用于傳輸這類大數(shù)據(jù)量。因此，系統(tǒng)在每個采集服務(wù)軟件端同時實現(xiàn)了音頻服務(wù)器的功能。該音頻服務(wù)器實現(xiàn)了優(yōu)先級請求處理，在確認(rèn)有連接需求時向用戶客戶端直接轉(zhuǎn)發(fā)音頻數(shù)據(jù)包。客戶端采用Direct Show Filter技術(shù)實現(xiàn)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(wǎng)頁中。

（3）任務(wù)執(zhí)行調(diào)度

在同一時間，不同的遠程主機或任務(wù)有可能并發(fā)訪問同一個采集終端，造成設(shè)備占用沖突。為解決該問題，我們引入了優(yōu)先級隊列循環(huán)執(zhí)行調(diào)度機制，設(shè)計了一個主體任務(wù)框架來實現(xiàn)。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(wù)總調(diào)度線程，負責(zé)啟動并協(xié)調(diào)各任務(wù)線程。總線程可調(diào)度并執(zhí)行可以同時進行的任務(wù)，并更新當(dāng)前時段運行圖，其余線程從總線程中得到任務(wù)參數(shù)后，執(zhí)行各自任務(wù)并將結(jié)果入庫。圖3為采集服務(wù)軟件的任務(wù)調(diào)度流程。

2.2 用戶操作軟件實現(xiàn)

軟件系統(tǒng)B/S部分即用戶操作軟件，其系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示，采用Flex+Fluorine Fx+C#+Database框架的多層架構(gòu)模型實現(xiàn)，共分為表示層、業(yè)務(wù)層及數(shù)據(jù)層。各層軟件模塊采用不同語言開發(fā)，通過標(biāo)準(zhǔn)化松耦合，系統(tǒng)可維護性大幅提高。

系統(tǒng)架構(gòu)各層的主要內(nèi)容如下：

（1）表示層

采用Flex作為前端表示層開發(fā)語言，提供采集終端狀態(tài)顯示、數(shù)據(jù)圖形化統(tǒng)計和分析、在線監(jiān)聽及各類功能界面。Flex 提供了豐富的GUI 控件，能夠創(chuàng)建高交互性富客戶端，并顯著提高Web 客戶端的響應(yīng)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(xiàn)。

（2）業(yè)務(wù)層

系統(tǒng)后端業(yè)務(wù)層采用C#語言開發(fā)。開源項目Fluorine Fx是專門針對.NET平臺與Flex通信提供的AMF協(xié)議通信網(wǎng)關(guān)，它提供了一種在.NET框架下對Flex的遠程數(shù)據(jù)服務(wù)和實時數(shù)據(jù)調(diào)用的技術(shù)。引入Fluorine Fx架構(gòu)后，用戶操作軟件Web服務(wù)器前臺能夠以廣播方式與多個客戶端建立連接，同時發(fā)送多組并行數(shù)據(jù)，并將結(jié)果返回給客戶端展示；后臺能夠與各節(jié)點采集服務(wù)軟件建立通訊連接，實時接收回傳數(shù)據(jù)。

語音評估服務(wù)器接受.NET服務(wù)器調(diào)度，響應(yīng)基于Flex 客戶端的請求并自動評估各頻次錄音文件，評估結(jié)果入庫后返回給客戶端。

（3）數(shù)據(jù)層

用于建立不同的存取機制實現(xiàn)對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)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(rèn)保存30天。系統(tǒng)調(diào)用語音評估引擎為每個文件自動打分，并將評估結(jié)果寫入數(shù)據(jù)庫表中。

表1 數(shù)據(jù)可視化分析主要步驟

五、數(shù)據(jù)可視化分析

圖4 用戶操作軟件架構(gòu)模型

遙控監(jiān)測系統(tǒng)中，所有監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)全部集中在本地服務(wù)器，這些數(shù)據(jù)的實時獲取為系統(tǒng)的智能化分析提供了前提。運用圖形化技術(shù)，將數(shù)據(jù)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(shù)，對數(shù)據(jù)進行定性觀察及定量分析，表1為數(shù)據(jù)分析的步驟說明。

監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)大致分為3類：

一是監(jiān)測網(wǎng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如運行圖及音頻錄音文件等；

二是信號指標(biāo)數(shù)據(jù)，如信號電平、調(diào)幅度值等；

三是報警類數(shù)據(jù)，包括指標(biāo)報警及設(shè)備報警。用戶操作軟件自動輪巡各采集前端，將監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)匯總后，統(tǒng)一顯示在主界面，包括設(shè)備狀態(tài)顯示、指標(biāo)數(shù)據(jù)顯示及異態(tài)報警指示燈等。

每個采集終端可進入數(shù)據(jù)分析頁面，查詢詳細圖表數(shù)據(jù)，包括總體情況統(tǒng)計、模擬接收機、指標(biāo)數(shù)據(jù)查詢曲線、語音評估分?jǐn)?shù)情況圓圖及報警數(shù)據(jù)查詢柱狀圖，如圖5所示。

經(jīng)過壓力測試，運行圖刷新及在線監(jiān)聽等實時操作基本無延遲，響應(yīng)及時；指標(biāo)及報警數(shù)據(jù)查詢能主動判斷開始結(jié)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(jié)果3分以上合格率統(tǒng)計時滯小于1秒，用戶體驗良好。

結(jié)語

圖5 用戶操作軟件數(shù)據(jù)分析頁面

該系統(tǒng)使用當(dāng)前流行的互聯(lián)網(wǎng)開發(fā)語言Flex和中間件開源庫Flourine Fx進行開發(fā)，解決了現(xiàn)有監(jiān)測系統(tǒng)界面表現(xiàn)力差，實時監(jiān)測響應(yīng)速度慢等問題，通過引入智能語音評估系統(tǒng)，在信號指標(biāo)判斷的基礎(chǔ)上進行綜合評判，提高了在線遠程監(jiān)管能力，將監(jiān)測提升到一個新的層次，同時系統(tǒng)預(yù)留了相關(guān)的接口及協(xié)議，具有高度的可擴展性，方便后續(xù)進行維護升級。該套系統(tǒng)已在臺投入使用，目前該系統(tǒng)運行穩(wěn)定，故障率低，可靠性高，為廣播監(jiān)測開展提供了有力的技術(shù)保障。

[1]張全勇， 滿達， 梁雅娟.廣播發(fā)射臺簡易智能監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J].內(nèi)蒙古廣播與電視技術(shù)，2013 （02）.