發射臺播出監控系統的分析與研究

葉 茂

（重慶廣播電視技術中心706臺，重慶 404000）

0 引 言

重慶廣播電視技術中心706臺是重慶廣播電視技術中心較大臺站之一，機組多，功率大，人員少，而且是全天不間斷24小時播出，所有的播出相關工作主要靠值班人員來完成，由于人力有限，對安全優質播出造成了威脅，因此，706臺設計安裝了播出監控系統。

1 發射臺播出監控系統概述

706臺電視調頻機房現播出有9套調頻節目，4套電視節目，共23臺發射機，而且預計還要增加播出和備份設備。當前機房安裝有信號源矩陣切換和信號源圖像監視系統、周邊環境視頻監視系統，所監測圖像通過微波傳回技術中心監測顯示大屏。現有系統不能實現計算機自動監視、控制、異態報警和值班報表等功能。

基于上述狀況，706臺新增的計算機自臺監控系統及已建設好的信號源矩陣切換和圖像監視系統，兩套系統并行運行，原系統側重圖像監視和回傳中心的功能，新建系統側重自臺監視、控制、異態報警和值班報表等功能。

新建計算機自臺監控系統包括兩大部分：一是硬件設備，二是管理軟件。

（1）硬件設備

為便于維修管理和今后擴容，硬件設備采取模塊化、積木式方式設計。由于目前市場上沒有成型設備，故委托當地電子科技公司專門為此研發相應的設備和組件，如多功能信號源切換器、供電監測控制箱、發射機數據采集模塊等，設備提供的同時，還要求該公司提供相應的硬件網絡設備的底層軟件、接口動態鏈接庫等功能模塊及文件[1]。

（2）系統管理軟件

系統管理軟件（頂層）由技術中心自主開發編寫、調試完成。軟件由4個子系統構成，即：音視頻信號源監測與控制子系統、發射機參數監測與控制子系統、圖像監視與記錄子系統、供電監控與環境監測子系統。另外周邊環境視頻監控系統是相對獨立的系統，未納入子系統中[2]。

2 發射臺播出監控目標

2.1 信號源的監視與控制

主、備信號源、發射空收信號監測、分析、記錄，調制度記錄長期保存；主、備信號源自動、手動、遠程切換控制，信號設備斷電直通，并設置節點配置應急跳線端口；主、備信號源、發射機射頻解調信號異態報警（聲光方式）[3]。

說明：主信源為微波（衛星）信號源，備用信號源設為衛星（光纖）信號。

2.2 發射機運行狀態監測與控制

（1）發射機運行狀態實時監測、記錄，重要參數記錄長期保存。

發射機監測參數為：發射功率、駐波、末級工作電壓、末級工作電流、5～10 kW加測激勵級工作電壓、電流、風機、過載、保護等狀態。

（2）發射機控制：發射機定時開機、關機，異態自動關機。

（3）自動開啟備機、天饋手動一鍵、自動切換。

（4）發射機工作狀態異態報警（聲光方式）。

2.3 電力與環境監測與控制

（1）供配電系統的工作狀態的集中監測和記錄，參數記錄長期保存。監測參數為：雙供配電系統的三相總電壓、電流；主用電設備電壓、電流；缺相、主、備供電系統使用狀態；

（2）計算機控制主、備供電源的切換，并具備手動強制切換功能；

（3）機房、監控室、機房外的溫度、濕度監測；

（4）供電缺相、電壓過低、過高報警（聲光方式）。

2.4 監測控制平臺與數據處理

（1）采用音視頻信號源監測與控制子系統、發射機參數監測與控制子系統、圖像監視與記錄子系統、電源檢測控制與環境監測子系統四大子系統，實現所有監控參數的管理、儲存和控制；

（2）建立系統數據庫，對記錄數據進行管理，并具備數據網絡上傳接口；

（3）具有對所有監測信息的實時查詢、統計匯總、報表打印功能。

2.5 升級預留

（1）系統采用計算機分布式網絡結構，標準化通訊協議和接口，預留互聯網（有線）或GPRS（無線）遠程監測和控制接口；

（2）預留發射機增加接口。

2.6 設備故障防備措施

（1）供電管理設備設置人工手動強制啟動功能；

（2）信號源切換設備設置斷電直通或人工手動切換裝置。

3 播出監控系統的設計原則

3.1 標準化及規范化

由于本系統是一個針對發射臺多個設備的綜合性系統，為了利于以后的推廣和發展，必須采用符合國家標準和規范的技術和設備[4]。

3.2 先進性及成熟性

設計一個系統是很不容易的，既要考慮到技術的先進性，使之能長時間的使用，不至于很快被淘汰。又要考慮到技術的成熟性，系統構成更穩定。

3.3 安全性及可靠性

廣播電視的安全播出是非常重要的，必須要注重系統的安全性和可靠性。

4 發射臺播出監控系統構成及技術實現

4.1 基礎設備

4.1.1 音視頻數據集線器

視頻數據集線器是介于視頻切換器與計算機之間的中間設備。它以循環（串行）方式讀取視頻切換器當前正在使用的音視頻信號，并將這些信號進行數字化和量化處理，即圖像信號處理成行場同步信號，伴音信號處理成隨音量變化的脈動直流電平信號，并將這些處理后的數字量傳送到計算機，作為音視頻信號是否正常的依據。

4.1.2 發射機參數集線器

發射機參數集線器是介于發射機參數采集模塊與計算機之間的中間設備。它將多個發射機參數采集模塊采集的數據（已數字化處理）進行（并行）打包處理后傳送到計算機，作為發射機工作狀態是否正常的依據。發射機參數集線器與發射機參數采集模塊之間通訊方式采用RS485協議，與計算機之間的通訊方式采用TCP/IP協議。一臺發射機參數集線器最多可連接8個發射機參數采集模塊，超出8個時，應增加發射機參數集線器。

4.2 模塊化設備

4.2.1 多功能視頻信號切換器（TB8103V）

輸入：3路（主、備、預留）信號輸入，1路發射機解調信號輸入，通過人工或自動（一路信號丟失，自動切入另一路信號）切換電視信號。

輸出：2路音視頻對等信號，連接發射機主、備機；1路圖像信號輸出供電視墻監視用；一路伴音輸出供循環監聽用；1路音視頻數據信號，供計算機監測用。

控制：切換器設有人工按鍵，可脫離計算機獨立工作，成為一臺普通的電視切換器。具有掉電狀態記憶功能。

切換器通訊方式為RS485，多臺設備用帶線串聯連接后再與視頻數據集線器相連。

4.2.2 電源控制器（TB8304）

主要功能：數據采集和電源開關控制。

4.3 工作原理和相關技術

發射臺播出監控系統構成如圖1所示。計算機自臺監控系統對信號源、發射機參數、供電電源參數進行采集。完成數據采集的硬件設備有：信號源數據由“多功能音視頻信號切換器”和“音、視頻數據集線器”完成；發射機參數由“發射機數據采集模塊”和“發射機數據集線器”完成；供電電源及環境參數數據由“供電監測控制器(箱)”完成。

圖1 系統構成框圖

監控平臺——主要由“信號源監控子系統”“發射機監控子系統”“電源監控子系統”軟件組成，這些子系統完成對信號源、發射機等數據進行分析處理、記錄，形成需要的報表。當信號源、發射機異常時，聲光報警，同時發出相應指令，控制信號切換或關閉發射機。該功能主要由監控平臺軟件實現。

4.3.1 音視頻信號源的監測和控制

對播出節目信號源的實時監測，是通過特制的多功能智能型音頻（視音頻）分配切換器來完成。它具有3路信號輸入，2路信號輸出（接發射機主、備機），同時還具有圖像（或廣播聲音）監視（監聽）輸出。另外，切換器還輸出圖像和聲音的數據信號。多臺切換器的這些數據信號連接到“電視數據集線器”（或“廣播數據集線器”）上，由集線器再連接到“信號源監控子系統”的計算機上，實現音、視頻信號的監測與控制。當主路信號源中斷時（圖像信號以丟失5個同步信號為中斷；廣播信號靜默15、20、30秒、1分鐘（軟件設置）視為中斷，切換器自動連接到備用信號源上。切換器上設有手動切換鍵，以備計算機出現故障時，實行人工干預[5]。

4.3.2 發射機參數采樣

發射機參數采樣見圖2。本臺發射機分為“帶數據接口”和“不帶數據接口”兩種類型，對于帶數據接口的發射機，可直接通過其數據接口采樣，采樣數據直接接入“發射機參數集線器中”。由于沒有廠家提供數據接口協議，因此需要與生產廠家聯系提供數據接口的通訊協議，并跟其配合完成。

圖2 發射機參數采樣

對于沒有數據接口的發射機則通過“發射機參數采集模塊”來完成數據采集。此采集方式是在發射機儀表顯示電路中找出發射機的參數模擬量，用帶線接入“發射機參數采集模塊”中，該模塊將這些模擬量轉換成數字量并處理后傳入“發射機數據集線器”中。

在發射機參數采集時，我們考慮到隨著全固態發射機的發展，結合我們的維護經驗，激勵器部分的工作已經相當的穩定，相應發射機故障率較高的就是供電和天饋部分，所以我們的采集就放在容易出現問題這些方面。

4.3.3 電源監測與發射機控制

發射機電源監測與發射機控制是由“電源控制器”來完成，電源控制器有兩大功能，即：數據采集功能與控制功能，如圖3所示。

圖3 電源監測與發射機控制

數據采集功能，電源控制器內設24個模擬采樣通道，其中三相電壓和4路電流占用15個通道，余9個通道可作環境溫濕度采集和預留通道。

控制功能，通過繼電器接通或斷開發射機供電電源，以達到控制發射機的目的，也可輸出開關信號到發射機的控制回路，使其按邏輯順序開機或關機。當備用發射機啟動時，電源控制器輸出天饋切換信號，完成天饋的轉換。

一臺電源控制器管理5 kW以下（含5 kW）的發射機4臺，5 kW以上作為特殊結構供電柜管理2臺發射機。

4.3.4 監控平臺軟件

監控平臺軟件分為3個子系統，即“信號源監控子系統”“發射機監控子系統”“電源監控子系統”。

各子系統軟件應用程序在PC機的Microsoft Windows環境下，采用Visual Basic6.0編程工具開發，完成播出系統的巡檢、過程控制與報警。在需要與硬件打交道時，由硬件設備開發商提供相應接口驅動程序和二次開發包。

在軟件的邏輯上采用了分層處理結構。按硬件控制層、網絡通信層以及應用服務層分別開發。各層相對來說都有自己的功能。其中，硬件控制層處于最底層，直接實現發射機各接口器件的控制與操作。網絡通信層處于應用服務層和硬件控制層之間，是聯系應用服務和硬件控制的橋梁，而應用服務層就是工作人員實現對發射機監控的管理[6]。

5 結 論

本發射臺播出監控系統在重慶廣播電視技術中心706臺已建成，在實際應用中功能與設計相符，對706臺廣播電視的安全優質播出起了很大的作用。