安全播出自動化監控系統的個性化改進與實施
——以甘肅省廣播電視局六八七臺實施方案為例

顧生萬

（作者單位：甘肅省廣播電視局六八七臺）

1 系統設計

甘肅省廣播電視局六八七臺安全播出自動化監控系統的主要任務是監控臺內10套調頻發射機及監測2套電視音頻，主要包括信號源自動切換系統、音頻信號監測系統、發射機自動控制系統、模擬電視多畫面監測系統以及機房電力監測系統等[1]。

發射臺監控系統承擔著非常重要的監控任務，不僅要保證其傳輸的海量數據的實時性和安全性，還要保證其可靠性和一致性，因而在對該系統執行整體設計作業時，應嚴格貫徹以下原則：

1.1 可靠性

基于安全角度考慮，系統需要引入并運用相關設計技術，重點應對包括冗余、備份以及容錯在內的一系列問題，確保無論何種情形下均能有效避免數據丟失問題，并且在系統故障狀態下可以盡快采取有效的補救措施。

1.2 先進性

設計在保證通用的同時，還要兼顧實用性，深度發掘網絡本身的先進性，輔以處于業內前沿位置的各種測試裝置和技術，賦予系統足夠高的技術層次，從而更好勝任監測工作。

1.3 高效性

對監控網絡系統的質量進行評價時，響應時間是一個關鍵指標，倘若能實現對網絡通信容量的動態拓展，使之與業務量的實際增速保持同步，同時又不會增加網絡延遲的時間，確保系統擁有較理想的響應時間，就能給用戶帶來更為優質的使用體驗。

1.4 開放性

系統要引入開放式網絡結構，同時應用瀏覽器/服務器模式（Browser/Server，B/S結構）等先進模式，提高資源的共享水平，在此基礎上提高系統的兩大特性，即互操作性和可移植性。

1.5 安全性

在架構系統的過程中，務必要保證其安全性，這是核心中的核心。發射臺監控系統要能自發抵御病毒，對用戶身份進行查驗，防止“黑客”入侵；還應做好對合法用戶的管理工作，通過嚴謹的權限設置，防止其發生越權訪問行為。

1.6 前瞻性

隨著時間的推移，廣播電視發射臺會迎來新的監控任務，為使系統能夠更好地適用這種情況，且能隨著高新技術的引入而愈發完善，在設計操作時一定要有前瞻性。

1.7 擴充性

在架構系統時引入并運用了模塊化結構，當監控任務的數量增多時，可增設與之配套的系統模塊，因地制宜地擴展網絡規模，賦予各監控臺更為優質的實時監控能力，為系統正常運轉提供有力支撐。

1.8 升級性

隨著網絡技術的不斷發展，功能更為強大的網絡設備頻頻投入使用，這就要求系統能夠對早期投資加以利用，在有效規避浪費的前提下，引入質效更強的新興網絡技術。

2 系統組成

2.1 發射機自動化監測系統

分析發射臺監控系統可知，其由若干智能化監控裝置通過類似搭積木的方式架構成完整的監控網路。該結構可賦予系統更多變動余地，就規模而言，可大可小，就功能來說，可繁可簡，不同監控裝置之間彼此獨立，但又不妨礙數據互通。基于其工作職能可將發射臺劃分成若干子系統，如信源切換器監控子系統、指紋管理系統以及短信報警子系統[2]。

發射臺自動化監控系統引入了基于集散控制理論的以太網技術。集散控制系統（DCS）架構功能強大、反應靈敏，其核心理念主要包括兩點：一是集中管理，二是分散控制，能夠實現管理、控制之間的有機分離。上位機與下位機密切配合，各司其職，前者擁有集中監管功能，后者指的是被投放到不同場所、地點的一線設備，兩相配合，能達到良好的分布式控制效果。上位機與下位機之間，分布于不同場地的下位機之間可以通過通訊總線建立聯系，為信息的實時傳輸、交換提供有力支撐。

工業以太網，即能夠為工業控制提供支撐的以太網技術，現階段已得到相當廣泛的應用，從技術層面看能夠與商用以太網進行理想兼容，然而在產品設計的具體操作中，考慮到工業現場的特殊性，需要使用專門材質，保證產品強度，使產品具有適用性、實時性以及可靠性等。但工業以太網和一般商業以太網在上述方面存在較大差異。發射臺站使用的是工業以太網技術，能出色滿足骨干網在技術層面上提出的諸多要求，妥善解決了網絡兼容問題。另外，由于對各工作環節做了合理的分化處理，系統風險被大幅削弱，這也在某種程度上降低了PC計算機的主導性。

2.2 電視視音頻監測系統

電視視音頻監測系統主要由三部分共同構成，除了原音頻工作站、轉碼存儲這兩款服務軟件外，還包括多畫面客戶端軟件。值得一提的是，只有在音頻編碼器16AD條件下，才需啟動原音頻工作站。

在架構局域網時，一般使用局域網方式；在架構云平臺時，則選擇云平臺方式。

2.2.1 方式一：局域網方式

用這種方式處理廣播音頻流和電視視音頻流時會采用差異化模式。對于廣播音頻流，先使音頻編碼器進入運行狀態并成功接入原音頻工作站，使電視的音頻流能夠被轉碼存儲服務軟件正常接收，然后進行包括轉碼輸出在內的各項操作。轉碼輸出操作指的是，從音頻工作站服務軟件處得到自適應差分脈沖編碼調制（ADPCM）碼，然后將之轉化成高級音頻編碼（Advanced Audio Coding，AAC）的傳輸流（Transport Stream，TS）后，提供給多畫面客戶端軟件并由其自行負責后續的顯示、播放等操作，還會以轉碼處理之后得到的音頻流數據為對象進行所謂的本地存儲操作。無論是音頻報警還是音頻比對，均可通過這一服務軟件得到實現。服務軟件提供了一個傳輸控制協議（TCP）端口，而多畫面客戶端軟件能夠和這一端口有效連接，并把全體通道音頻的有關參數（如實時電平值等）提供給客戶端軟件，對外展示，有異常時還會發出報警[3]。

電視視音頻流會先進入視音頻編碼器，相應處理之后再被提供給轉碼存儲服務軟件，由后者輸入不同的節目流，可以是單節目傳輸流（SPTS），也可以是多節目傳輸流（MPTS），并向多畫面客戶端軟件提供統一處理之后的單節目流，進而執行包括音頻報警在內的多項動作。服務軟件提供了一個專用端口，即TCP端口，而多畫面客戶端軟件能夠和這一端口有效連接，并把全體通道音頻的有關參數（如實時電平值等）提供到客戶端軟件處，對外展示，有異常時還會發出報警；多畫面客戶端軟件擁有相當不俗的功能，能對外呈現全體通道音視頻所對應的各類畫面，同時支持執行包括全屏播放、循環播放及歷史回看在內的多種操作。

2.2.2 方式二：云平臺方式

在該種方式下，需重點考慮數據流的吞吐量問題，有兩大方案可供選擇，一種是全碼流推送，另一種是建立在輪播這一基礎之上的單一節目流推送，使用時應遵循因時因地制宜原則。第一種方案運用了服務器直接轉碼這一處理方式，即以轉碼服務軟件為工具對全體音視頻流進行百分百轉碼處理，再將其提供給目標云服務器，而后一種方案的核心是則通過單向網閘裝置完成對數據的轉發。

2.3 多路音頻慢錄監測系統

調頻監聽系統責任重大，不僅要監聽節目通過各種渠道取得的音頻信號，還需要關注音頻切換處理后計劃提供給發射機的那類信號和發射機提供的一系列射頻解調信號。在以射頻解調信號為對象執行監聽作業的具體操作中，需要使用循環監聽控制器，依托其獨立解調功能，按預設間隔及通道循環播放目標節目所對應的解調信號。在有需要的情況下，工作人員可對該控制器執行強制切換操作，然后通過指定通道專門監聽目標節目。如此操作能妥善應對由于音頻處理服務器異常而誘發的無法正常監聽的問題，是一種十分常用的備用監聽方式[4]。

甘肅省廣播電視局六八七臺監聽監視的主要是三類信號，除每套節目包含的2路信源的音頻外，還包括切換操作之后提供給發射機的信號以及通過無線接收方式取得并解調處理后得到的音頻信號。在一套節目中，需要監控的音頻信號不可少于4路，如果是十套節目，處于監控之下的音頻信號則會達到40路以上，此時傳統監控模式的弊端便會尤為明顯。首先是設備數量難以保證，其次是相互間必然涉及復雜的交叉連線，所以一定要引入基于數字式可視化原理的先進監控模式，以2臺多路音頻編碼器為工具對目標音頻信號進行專門的編碼壓縮處理，然后經由局域網傳輸到音頻處理服務器，利用此處的服務軟件包進行全面、嚴謹的計算操作，量化各音頻信號，將其轉化成動態變化的、清晰可見的柱形圖，如此可實現對若干路音頻信號運行狀態的同時監控。基于音頻信號差動對比監測原理，系統會分析提供給發射機的那些音頻信號，在此過程中會將之與射頻解調信號放到一起進行橫向對比，出現故障時能迅速確定問題所在位置。此外，還可基于實際需求對數字音頻信號進行相應的解壓解碼處理，進而方便音箱監聽。服務軟件能根據合法用戶的合法指令以音頻柱形圖的方式呈現特定的監視畫面，還配置有循環監聽和固定頻率監聽兩大監聽功能。

音頻處理服務器提供了兩種監控方式，一種是本地監控，另一種是遠程監控。其核心功能如下：

（1）監聽監測“有人值守”中波、調頻臺站全體節目所涉及的信源以及解調處理形成的音頻信號；（2）可接入多個單聲道音頻信號，上限是120路；也可接入多個立體聲音頻信號，上限是60路；（3）壓縮處理各路音頻編碼，得到對應的MP3格式，同時提供存儲和播放功能；（4）允許本地監控，也允許網絡遠程監控；（5）可根據實際需要以預設方式設置報警的具體時段及其門限，還能以輸入的所有音頻為對象實施動態監控；（6）支持錄音，有兩種方式可供選擇，一種是基于故障點的錄音，另一種是實時錄音；（7）為上傳音頻動態幅度數據提供支撐；（8）對開機運行狀態下某個或某幾個時間區段預設相應的報警功能。

2.4 電視墻拼接系統

（1）以輸入信號為對象進行相應管理，通過自定義方式即時添加若干種常見信號源（如RGB、VGA及Video等），并支持包括調用、切換以及調整在內的一系列窗口管理操作。

（2）在不同控制場景模式之間進行流暢切換，支持對各場景的有關操作，常見的如命名、調整以及存儲等。對于設備輸入信號，支持所謂的預先擺放，可針對各場景執行存儲操作，再形成目標場景，并根據現實需要進行調用。

（3）可實現對各廠家、各型號切換矩陣設備的聯動控制。

（4）可依托顯示信號窗口進行即時且精準的定位，可對信號窗口執行包括位移、疊加以及縮放在內的一系列操作，也允許將之轉移至其他單元進行相關處理，通過不同模式對外呈現圖像。

（5）在窗口擺放方面，推出了預布局功能，此種條件下窗口操作不會干擾到大屏現狀，能有效避免誤操作。

（6）可通過遠程方式開機或關機，基本原理是預設相應控制指令，在自定義模式下成功載入開機或關機指令。

（7）提供包括開關機、場景轉換以及場景輪巡在內的多種定時功能，節省了大量人力，且不易出錯。

（8）軟件有相對全面的系統管理選項，給身份合法的用戶提供了適宜權限，為整個軟件的正常運轉提供了有力支撐，而調試窗口個性突出，采用大屏顯示系統，極大地方便了相關指令的傳輸和生效。

（9）預設了二次開發接口，同時還提供有中控裝置通訊協議，方便與第三方設備進行有機對接。

3 個性化改進

在項目實施過程中，根據甘肅省廣播電視局六八七臺的實際播出設備，調頻備份系統的組成以及信號源系統的組成，進行了符合臺站實際情況的個性化改進。

3.1 立體聲音頻處理器技術指標的提升

在對廣播發射系統進行調頻時，音頻信號電平的大小、質量的好壞直接影響播出質量和收聽效果。立體聲音頻處理器的作用就是處理各類不同變化的音頻信號，經過立體聲音頻處理器處理的音頻信號，其平均電平始終保持一致，確保不會出現因調制度過高或過低而造成聲音失真和收聽音量過小的問題。

在建設初期安裝調試階段，發現播出效果不好，經常出現聲音失真的情況，經過排查，發現是因為信號源電平不穩定，超出了音頻處理器動態控制處理范圍，進行了硬限幅。

臺站決定讓設備生產廠家對音頻處理器進行硬件改進，重新設計調整處理電路，并進行嚴格的指標測試。改進后的立體聲音頻處理器處理范圍達52 dB，由以前的±15 dB擴展到±26 dB，技術指標滿足頻響30～15 000 Hz＜0.1 dB，諧波失真＜0.2%，信噪比＜-70 dB；第1、2路具有斷電直通功能，門限電平：-15～-30 dB可調，輸出電平：0～6 dB可調，完全滿足臺站使用需求。

3.2 增加聲光報警器模塊

為了確保出現設備故障及信號源故障造成停播事故時，能第一時間提醒值班人員，甘肅省廣播電視局六八七臺建議在系統建設中引入聲光報警器，當出現停播事故時，自動進行短信報警，同時啟動聲光報警器，提醒技術人員及時檢查處理[5]。

在功能方面，為了滿足遠程和本地觸發、解除的需求，可加入網頁監控系統，也可以作為單獨報警系統使用，即可以通過外部的紅外報警或其他的開關量報警輸入觸發，還可以通過上位機發送指令進行聲光報警，報警的方式可分為當地報警和外接報警器等設備報警。

3.3 引入語音報警功能，改進授時系統

原系統蜂鳴器報警聲音小，人員不易察覺對此做出改進。通過外接監聽音箱能夠放大報警聲音，增加監聽功率。

將原有GPS校時系統進行了改進，原有校時系統需要U盤拷錄校時軟件來進行校時，在這個過程容易危害系統安全，并且人員操作不便，在改進后只需要使用內置校時軟件（Xsho圖文編輯軟件）就可對本系統進行快速校時，確保系統穩定運行。

甘肅省廣播電視局六八七臺建設的自臺監控系統使用一年多來，運行穩定可靠。該系統監控范圍廣、監控到位，不僅對臺站所有設備進行了監控，同時也降低了值機人員的勞動強度，對設備出現的異常問題反應及時，減少了停播次數，對臺站確保安全播出起到了重要作用，使臺站工作效率大大提高，該系統在多節目多設備播出的發射臺站值得推廣。

4 結語

廣播電視安全播出是一項系統工程，任何一個環節出現問題都會影響到安全播出任務的完成，對播出設備的工作狀態、信號源質量、天饋系統溫度、設備配電系統是否正常及機房環境溫度、濕度、煙感情況進行跟蹤監測監控，將檢測的指標及時監測給值機人員，讓值機人員在第一時間掌握所有設備的工作情況，提高了工作效率，減少了因值機人員人巡檢設備不到位引發的不必要停播。本項目在實施過程中遇到了該系統和發射設備出現的各類問題，臺站技術人員發揚團隊精神，集思廣益，制定解決方案，逐一排除了系統存在的隱患，確保了甘肅省廣播電視局六八七臺廣播電視節目的高質量播出。