基于無線技術的廣播電視實時監測系統的設計

譚躍聰

（陜西省安康市嵐皋縣融媒體中心<嵐皋廣播電視臺> 陜西 安康 725400）

0 引言

移動互聯網的發展讓人們的工作和生活更加便攜化，新媒體層出不窮，社交媒體呈現高速發展的節奏。移動辦公的普及率大大增加，讓廣播電視領域也得到了新的發展。廣播電視監控系統的設計需要充分考慮到網絡的安全性，通過移動化的設計原則，基于廣播電視的新媒體掌上終端業務，讓網絡電視得以高速發展，通過開放性的軟件平臺，提高軟件的操作能力，還有利于習慣的培養，更加方便上手和操作。隨著新興媒體的不斷發展，廣播電視迎來了新媒體的浪潮，由近年來廣播電視的發展狀態可以分析出，一些不法分子通過新媒體散播不利于社會發展的謠言，給我國的無線廣播帶來了嚴重的不良影響。因此，為了防止出現非法信號干擾的問題，保證節目的正確播放，提高廣播電視監測系統的實時性和穩定性非常關鍵。

1 基于無線技術的廣播電視實時監測系統設計原則

1.1 可靠性

廣播電視監測工作最大的要求就是可靠性，因此在進行系統的硬件設計和軟件設計上，更需要選擇成熟的產品。為了避免器件出現高低溫和老化現象，所有的產品都需要進行嚴格的環境試驗，保證所有的系統軟件都要在出廠之前保證經過專業的軟件測試[1]。

1.2 先進性

當系統在進行數據的采集時，要保證信號處理分析與數據傳輸的先進性，同時更要保證系統的性能指標在國內先進水平生產線上，以確保系統的整個運行周期的穩定。

1.3 實用性

根據廣播電視的使用方式與頻率，在對前端進行監測之前，要保證管理的協調與統一，以完成在復雜電磁環境下的測向功能穩定。

1.4 擴充性

采用模塊化的設計結構，當監測任務增加或者網絡規模擴大，需要通過增加相應的系統模塊擴充系統的性能。

2 廣播電視監測系統架構設計

廣播電視監測系統的設計主要針對廣播電視節目的安全播出進行設計，可以進行收聽收看、網絡視聽等功能，對有線數字電視進行監管，實現一個綜合監管系統的設計，該系統具有技術先進、功能齊全、高度自動化的優勢。廣播電視監測行業在經歷了自動化到人工智能化的發展階段之后，現在已經成為各級廣播監測中心的重點，通過各級廣播監測中心，了解廣播電視頻道的播出情況，并不斷完善廣播電視運營系統的自我監控機制。廣播電視監測智能化系統的設計與建立，需要建立在硬件交互的基礎上，具體設計如圖1所示[2]。

圖1 廣播電視監測系統架構設計

傳統的廣播電視監測系統由監測站點、遙控監測站、數據管理中心構成，并針對不同的需求采用了不同的體系架構，對于前端檢測，需要多名員工進行不同地點的同時監聽與查看，方便客戶端進行操作，其交互性較強。采用B/S體系可以滿足多對多的檢測需要，對于數據管理中心而言，在進行大量的數據檢測時，要保證數據的安全性與準確性，選擇C/S體系更能夠滿足準確性和實時性的需求。

3 基于空間譜估計測向技術的無線廣播電視監測系統設計

3.1 空間譜估計測向的基本原理

由于監測的寬頻帶內信號多，每一個信號頻點分布的方式不同，且隨時發生著變化，影響無線傳播的環境，最常用的測向方式主徑信號較強，影響同頻干擾的獲取。當同時存在多個信號時會發生同頻干擾問題，解決的辦法就是利用空間譜估計，該方法具有多信號分離功能，常見的干涉儀測向方法主要針對的是存在同一個方向上的信號[3]。

空間譜估計測向技術存在多個相干波，對于同一個信道中的信號而言，需要進行多個信號的測向，以實現超分辨測向的功能。利用最少的信號方式獲取最佳精準的測向，這種測向更加適用于跳頻信號中，也可以應用在高測向中，可以獲取更加精準的靈敏性與準確度。測向對于場地環境的要求不高，只需要完成天線陣元的方向特性即可。選擇靈活的陣元位置，使用空間譜估計可以對接收的信息進行運算，從而實現目標的準確還原。通道與陣元在作用下并不是互相照應的，而是通過空間組成的，最常見的方式是將陣元與通道進行一一對應，以保證空間場的實時性。空間譜估計技術利用復雜的數據形式進行特征參數的提取，以構建目標空間的電磁場，空間譜估計算法利用最具代表性的多重信號分類算法，對陣列的數據進行數學分解，以實現對天線陣的接收信號進行特征分解，從而得到與信號分量相對應的信號子空間。

3.2 系統設計

3.2.1 安全設計

基于無線技術的廣播電視實時監測系統，其安全設計極為重要。內網和外網通過安全通道隔離技術，讓網絡之間實現隔離，將內外網的路由網絡更改為不可用，從而抵御來自外界的攻擊。通過專業的通信硬件和安全協議，實現訪問控制和身份認證，以此來提高內外網絡的隔離等級，從而保證數據的安全性與完整性。

利用防火墻，實現與服務器的連接，通過模擬登錄的方式接入網絡，利用防火墻定制高強度的安全策略，從而保證模擬登錄服務器的連接有效性，通過關閉其他的服務和端口，實現更加便捷的數據傳輸。監測數據服務器通過外網模擬服務器的方式進行數據發送，外網對接收到的內網數據完成處理后一并存入到數據庫中，服務器通過客戶端完成監測數據服務，可信用戶管理通過無線發射機完成對移動用戶的監測。針對專業知識的特定用戶，無線發射機移動監測系統會對用戶的管理機制進行認定，認定通過后方可進行注冊。

3.2.2 系統概述

系統在設計過程中，要堅持方便管理維護、穩定運行、經濟的設計原則，同時還要保證系統的實用性、可靠性與先進性，確保整個系統的穩定運行。系統要兼備更好地升級和兼容能力，使用先進的技術，實現對調頻廣播與數字電視節目的監測，實現對數字電視多套節目畫面的有效組合顯示，以便更好地實現編碼轉換、節目解密、網絡監測等功能，從而更加適用于廣播電視播出的質量管理[4]。

整個系統采用嵌入式的設計方式，可以實現對復合同步視頻廣播信號、數字視頻廣播、地面數字電視的監測，同時還可以實現對衛星廣播、模擬視頻/音頻/射頻的監測，還需要具備以下特點：

基于IP架構下，通過用戶數據報協議進行組網，讓所有的設備實現數據共享，所有的監測都需要通過系統網絡獲取流量，實現對計算機的監測。通過對數據進行集中調用，實現對系統的設置部署，以更好地適應信號規模的拓展。為了解決系統維護困難的問題，采用UDP傳輸協議、TS封裝格式進行設計，加入多種音視頻解碼功能，實行兩個頻點和多套調頻廣播的發射，讓系統可以對這些節目信號進行快速處理，同時對音頻信號進行特定的形式顯示。

提供音視頻監測。實現無視頻/音頻的監測，針對視頻靜止、黑屏等故障情況進行監測，劃定監測區域，實現對視頻故障的有效監控，完成對視頻的精準監測。同時，還可以進行噪音的識別，實現對單聲道的判斷。支持信號源地址變更，完成對視頻PID的變更，分別對音頻PID和視頻PID進行監測，還可以對分辨率和色彩格式的變化進行故障監測。此外，系統還提供多種報警方式，通過不同形式的報警方式，結合廣播電視的實際情況，制定完整的報警標準，對故障進行循環播報，對于故障進行人工審核，并對事故畫面進行突出顯示。

靈活的監測方式。系統除了可以對特定節目進行監測之外，還可以對其他節目進行監測，通過各種板卡之間的頻點實現對其他節目的輪流監控和巡查，不會影響各個窗口的監控畫面，巡查的畫面可以來回切換，不會出現黑屏故障。每一臺設備都具有多種輸出接口，方便與相關的設備進行連接，通過調整屏幕分辨率，讓畫面的組合更加靈活，同時還可以對屏幕進行分割，實現對模板文件的導入和導出。

3.2.3 系統設計

該系統由接收機、監測天線、測向天線陣、放大器等部件組成，并配有電源系統、GPS、電子羅盤等設備，系統的原理框架如圖2所示[5]。

圖2 監測系統原理圖

根據實際的工作需要，要想實時的控制射頻的天線陣元與放大器，需要根據接收的信號幅度進行工作狀態的選擇。接收機負責接收天線的信號，利用處理單元進行運算，以完成空間譜估計的測向。根據監測環境的復雜性，對于接收數據中所包含的信號特征與空間環境，可以使用空間陣列與傳輸路徑的方式實現。當系統需要通過校準信號進行內部消極影響的消除時，測向接收機所傳輸的信號會與測向處理單元的信號進行共同計算，從而得到目標源所需要的相關參數。相同的硬件系統需要通過不同的方式進行天線陣的布置，以保證每層天線的排列均勻，將射頻切換矩陣統一安裝在天線陣中，讓每一層的天線都具有充分的考慮，以消除天線之間的耦合影響，并將其統一集成在天線陣中，在不影響測向天線性能的基礎上加強集成效果，以方便用戶的使用。

為了使天線陣的形狀發揮出最大的效率，需要以每條基線作為原則，因為當前涉及的天線陣以圓陣為主，陣元數的每條基線利用率較高，陣元數的多少需要與天線的陣孔徑相對應。本系統采用五陣元測向天線陣技術，采用多層五陣元天線陣，每一層的天線都均勻排列，連成圓形陣，所連接的射頻都包括在天線陣中，每一層的天線都需要充分考慮如何消除天線之間的耦合與反射情況，并將其都集成在測向天線陣中，在不影響天線的性能情況下，要加強集成效果，以方便用戶的使用。

根據圖3可以得到，天線接收的信號存在波程差是測向的基礎，測向的天線包括垂直極化五陣元、水平極化五陣元[6]。

圖3 測向天線示意圖

該系統所配置的信道監測測向接收機，可以實現信號的接收。該接收機選擇高動態的二次變頻技術，該技術的抗干擾能力強，利用DDS技術可以實現更快的換頻，其頻率的穩定性更高。校準的信號源采用梳狀譜發生器，使用更加方便。

天線陣元接收無線電信號在輸入接收機后信號變為中頻，該信號經過轉換后輸出的數字信號會直接送至測向處理單元進行分析，以實現對空間信號的數目，方便其他信號的到達。空間譜估計測向方法通過測向算法可以在信號處理的終端上得到更好的實現。

4 廣播電視監測系統的實現流程

監測系統的實現流程如圖4所示。用戶在登錄后，需要判斷廣播電視的類型，通過選擇頻道和站點對節目進行監測，發現異常后，值班人員通過語音報警的方式進行提醒，通過查看表格列表顯示節目的報警詳情。

圖4 前端實時監測流程

廣播電視監測系統可以無時無刻監控電視頻道的播出狀態，將選擇的視頻畫面回傳，實時查看視頻、錄像、頻譜等指標，并對指標進行監測和掃描。支持多畫面組合顯示，一旦發現異常，會及時報警并通知值班人員[7-8]。廣播電視監測系統按照季度或年度的方式生成各類數據報表，方便值班人員隨時進行查看。并對監測前端和情況進行分析，通過核對異常信息，采取相對應的行動。另外，系統還可以自動生成地理信息系統，通過地理信息系統發現故障設備，并及時顯示設備的狀態信息，從而方便檢修人員及時進行處理。

5 結語

本文基于空間譜估計測向技術所設計的一種新型廣播電視監測系統，滿足了對大數據的操作需求，可以實現對多用戶的監測。通過簡單的數據查詢，完成復雜業務的需要，從而有利于系統的開發。在此硬件環境的基礎下，采用兼容性較好的設計語言，實現較好的交互性。實現節目的實時監測，當發現播出異常后及時進行處理，保證節目頻道的安全播放。