大功率發(fā)射臺節(jié)目傳輸監(jiān)測與應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

王倩

摘要：文章結(jié)合衛(wèi)星廣播節(jié)目傳輸機(jī)房的工作實際，從發(fā)射臺運維現(xiàn)狀、存在的問題及其原因等幾個方面，分析了節(jié)目傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)狀。文中介紹了大功率發(fā)射臺節(jié)目傳輸監(jiān)測與應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)建設(shè)，一是掌握設(shè)備發(fā)生故障之前的異常征兆，以便事前采取有針對性措施，控制和防止故障的發(fā)生；二是在設(shè)備發(fā)生故障的情況下，對故障原因、故障部位進(jìn)行定位，從而減少各播出環(huán)節(jié)運維人員溝通的時間以及故障處理時間。為了解決傳輸發(fā)射公共環(huán)節(jié)的問題，逐步將值班模式從人工向智能化方向轉(zhuǎn)變，為優(yōu)質(zhì)零秒地完成安全傳輸發(fā)射任務(wù)提供保障。

關(guān)鍵詞：廣播電臺安全播出衛(wèi)星廣播；應(yīng)急調(diào)度通路監(jiān)測

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.01.044

中圖分類號：TN 91，TN 94? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B? ? ? ? ? ? 文章編碼：1672-7274（2024）01-0-03

Design and Application of Program Transmission Monitoring and Emergency Dispatching System for High Power Launch Pad

WANG Qian

（951 Channel of the State Administration of Radio and Television， Shijiazhuang 050000， China）

Abstract： This paper analyzes the current situation of the program transmission system from the aspects of the status quo of the operation and maintenance of the launch pad， the existing problems， and the cause analysis， combined with the actual work of the satellite broadcast program transmission room. This paper introduces the construction of the program transmission monitoring and emergency dispatching system of the high-power launch pad. First， grasp the abnormal signs before the equipment failure， so as to take targeted measures in advance to control and prevent the failure; Secondly， in the event of equipment malfunction， locate the cause and location of the malfunction， in order to reduce the communication time and fault handling time for operators in each broadcasting link. In order to solve the problem of public transmission and launch links， the duty mode has gradually shifted from manual to intelligent， providing guarantee for high-quality and zero second completion of safe transmission and launch tasks.

Key words： safe broadcasting of satellite broadcasting by radio stations; emergency dispatch channel monitoring

1? ?研究背景

節(jié)目傳輸鏈路是臺站安全播出的重要保障，貫穿于臺站安全播出的始終，其能否正常運行，直接關(guān)系到安全播出工作是否能夠正常運行。針對目前衛(wèi)星廣播節(jié)目出現(xiàn)非法干擾、插播、停播等事件，傳統(tǒng)人工值守監(jiān)聽很難適應(yīng)現(xiàn)階段國家廣電部門對安全播出的要求。因此，需設(shè)計一個既能實時監(jiān)測衛(wèi)星廣播節(jié)目，同時又可以完成備用節(jié)目切換應(yīng)急調(diào)度的綜合平臺，保障節(jié)目輸出的質(zhì)量和連續(xù)性，全方位保障發(fā)射臺節(jié)目傳輸業(yè)務(wù)順利進(jìn)行。

2? ?系統(tǒng)需求分析

（1）目前，發(fā)射臺對發(fā)射系統(tǒng)的監(jiān)測比較完善，對于節(jié)目傳輸鏈路的監(jiān)測比較薄弱，監(jiān)測點少，監(jiān)聽手段單一，無法對節(jié)目傳輸鏈路實現(xiàn)全覆蓋，監(jiān)測主要依靠傳統(tǒng)的“聽”和“看”，缺少對音頻定量分析，使得節(jié)目傳輸鏈路監(jiān)測存在盲點。

（2）由于節(jié)目傳輸鏈路涉及衛(wèi)星上行機(jī)構(gòu)及發(fā)射臺的多個單位與部門，使得各個單位、部門維護(hù)責(zé)任劃分缺乏技術(shù)系統(tǒng)邊界規(guī)范，只能根據(jù)維護(hù)制度解決技術(shù)部門的責(zé)任問題。

（3）當(dāng)出現(xiàn)緊急代播時，各技術(shù)部門之間通過電話等手段溝通，完成確認(rèn)、操作、復(fù)查等流程，存在響應(yīng)時間長的問題。

（4）當(dāng)節(jié)傳機(jī)房傳輸鏈路或設(shè)備出現(xiàn)故障時，只能依靠維護(hù)人員去判斷處理，不能第一時間快速恢復(fù)節(jié)目傳輸。

3? ?系統(tǒng)簡介

3.1 系統(tǒng)特點

（1）可以實現(xiàn)對發(fā)射臺節(jié)目傳輸全鏈路音頻監(jiān)測。即從衛(wèi)星接收信號后，分別在衛(wèi)星接收單元、節(jié)目調(diào)度單元、音頻處理單元、發(fā)射系統(tǒng)單元、應(yīng)急節(jié)目調(diào)度單元共五個關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行音頻采樣，采樣點與節(jié)目傳輸主通路分離，當(dāng)節(jié)目傳輸鏈路發(fā)生故障時，可快速定位音頻傳輸故障位置，減少故障的判斷時間^[1]。

（2）可以實現(xiàn)一點觸發(fā)、多點報警，第一時間給相關(guān)人員提示。節(jié)目傳輸全鏈路音頻監(jiān)測的五個音頻采樣信號，可以對每個采樣點進(jìn)行音頻監(jiān)測，設(shè)置運行圖、報警功能、實時異動監(jiān)控，通過部署在中控機(jī)房和發(fā)射機(jī)房客戶端人機(jī)交互界面，當(dāng)故障發(fā)生時報警反饋給中控機(jī)房和發(fā)射機(jī)房值班人員，實現(xiàn)一點觸發(fā)、多點報警。

（3）可以實現(xiàn)對發(fā)射臺節(jié)目傳輸?shù)膽?yīng)急播出。為了進(jìn)一步提高應(yīng)急處置能力，同時在發(fā)射機(jī)房部署了一套80路應(yīng)急節(jié)目源。應(yīng)急節(jié)目源能對可實現(xiàn)對發(fā)射機(jī)運行圖內(nèi)所有節(jié)目路數(shù)進(jìn)行調(diào)度；調(diào)度核心部件環(huán)路可編程數(shù)字音頻跳線盤采用純硬件無源設(shè)計，消除了電源、軟件等不穩(wěn)定因素對節(jié)目傳輸?shù)挠绊?。?dāng)節(jié)傳系統(tǒng)發(fā)生故障或發(fā)射機(jī)自臺代播時，值班人員通過節(jié)目傳輸監(jiān)測系統(tǒng)快速定位故障位置，并通過應(yīng)急節(jié)目源調(diào)度系統(tǒng)3.6秒即可快速恢復(fù)節(jié)目傳輸，減少了判斷故障、響應(yīng)、應(yīng)急處理時間。

3.2 系統(tǒng)功能

（1）運行圖功能。用戶可編輯各信號通道運行圖，自行設(shè)定電平顯示區(qū)間和每路通道的標(biāo)識，停播監(jiān)測、調(diào)制度監(jiān)測、閉環(huán)監(jiān)測，當(dāng)發(fā)生異常時能進(jìn)行聲光報警，日志記錄和查詢功能包括開關(guān)機(jī)時間、異態(tài)發(fā)生和解除等信息。

（2）設(shè)備提供兩種監(jiān)聽模式。A模式：通過軟件選擇任意一路輸入信號輸出至設(shè)備上的監(jiān)聽3.5 mm小三芯插口，可以直接驅(qū)動耳機(jī)或有源信箱。B模式：將準(zhǔn)備監(jiān)聽的音頻信號數(shù)據(jù)傳輸送至位機(jī)，通過機(jī)載的聲卡輸出。

（3）多通道多格式的監(jiān)測方案。音頻同時輸入實現(xiàn)混合監(jiān)測的功能；通過組合不同的信號采集板實現(xiàn)多種監(jiān)測方案。

（4）嚴(yán)格按國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定監(jiān)測。使用國際標(biāo)準(zhǔn)音頻測試儀校準(zhǔn)，其完全符合廣電GY/T 192-2003標(biāo)準(zhǔn)的要求。

（5）靈活的模塊化、分體式設(shè)計。上位機(jī)軟件基于Windows系統(tǒng)，支持后臺運行，占用資源少，對計算機(jī)硬件要求不苛刻；信號采集箱采用插件結(jié)構(gòu)，如果采集板發(fā)生損壞，可直接帶電熱插拔更換備用板，不因為設(shè)備的部分損壞導(dǎo)致整個設(shè)備無法使用^[2]。

（6）設(shè)備功能可擴(kuò)展。使用調(diào)制度采集板可以接收發(fā)射機(jī)末級反饋射頻信號或天線接收射頻信號，對信號實現(xiàn)調(diào)制度實時監(jiān)測；使用TS流采集板可以實現(xiàn)對串行TS流中關(guān)心的音頻信號進(jìn)行解碼監(jiān)測工作，并實時分析碼流的各種表格信息；設(shè)備具有級聯(lián)擴(kuò)展特性。

（7）可作為發(fā)射臺節(jié)目傳輸鏈路狀態(tài)檢修的支撐平臺。節(jié)目傳輸鏈路監(jiān)測可通過音頻采樣終端設(shè)備進(jìn)行信號處理，經(jīng)應(yīng)用和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器后臺處理后，在人機(jī)交互界面可以對每個采樣點進(jìn)行音頻定量監(jiān)測，設(shè)置運行圖、報警功能，并進(jìn)行實時異動監(jiān)控，可根據(jù)不同情況進(jìn)行歸類存檔，并提供查詢功能。

4? ?系統(tǒng)設(shè)計方案與主要結(jié)構(gòu)介紹

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

4.1.1 應(yīng)急調(diào)度系統(tǒng)

（1）系統(tǒng)功能。當(dāng)臺內(nèi)代播時，機(jī)房通過跳線連接應(yīng)急節(jié)目源實現(xiàn)節(jié)目的緊急快速切換；機(jī)房所有發(fā)射機(jī)都可以實現(xiàn)運行圖同時段節(jié)目備份；當(dāng)中控機(jī)房節(jié)目源出現(xiàn)故障不能傳輸時，可用應(yīng)急節(jié)目源通過跳線實現(xiàn)節(jié)目傳輸；通過電平顯示器可以直觀地觀察到每個接收機(jī)有無節(jié)目信號。

（2）設(shè)備配置。跳線盤內(nèi)部采用全環(huán)通方式連接，在正常調(diào)度時，中控機(jī)房傳輸?shù)囊纛l信號從跳線盤下排輸入，上排輸出；在發(fā)射機(jī)設(shè)備或者節(jié)目傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)異態(tài)或故障時，值班人員用音頻短路跳線直接插入節(jié)目源和機(jī)號兩個插孔，這時從中控機(jī)房傳輸?shù)囊纛l信號斷開，將應(yīng)急節(jié)目源輸出到發(fā)射機(jī)。整個系統(tǒng)應(yīng)急調(diào)度時間可在3～5秒內(nèi)完成，操作簡單便捷。

（3）系統(tǒng)測試。節(jié)目傳輸系統(tǒng)出現(xiàn)異態(tài)或故障后，整個系統(tǒng)的應(yīng)急調(diào)度時間為采用短路跳線連接節(jié)目源和機(jī)號兩個插孔的時間。通過試驗，應(yīng)急調(diào)度可在3～5秒內(nèi)完成^[3]。

4.1.2 節(jié)目傳輸鏈路狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

（1）硬件部署。在中控機(jī)房部署兩臺衛(wèi)星信號接收機(jī)，通過功分器連接至C波段與Ku波段天線。通過采集接收機(jī)的衛(wèi)星信號強(qiáng)度，可以實時判斷衛(wèi)星天線、功分器及天線信號源是否正常。同時在中控機(jī)房信號輸出端和發(fā)射機(jī)輸入端部署數(shù)字音頻采集設(shè)備。該設(shè)備通過解碼芯片將數(shù)字音頻進(jìn)行解碼，獲得清流音頻的PCM采樣，然后通過FPGA計算獲得每個音頻采樣的DBFS值（-60-0）。在發(fā)射機(jī)輸出定向偶合器處部署數(shù)據(jù)采樣設(shè)備，獲取發(fā)射機(jī)輸出的功率、調(diào)制值以及實時音頻數(shù)據(jù)，并通過以太網(wǎng)將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。SDR采集設(shè)備對發(fā)射機(jī)播出的開路信號進(jìn)行正交采樣后，將信號發(fā)送至SDR數(shù)據(jù)解調(diào)服務(wù)器，解調(diào)后獲取實時音頻信號。各采樣設(shè)備的采樣值統(tǒng)一送入數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。

（2）軟件系統(tǒng)。設(shè)備采集的數(shù)據(jù)進(jìn)入軟件后，通過線程技術(shù)，定時送到采集服務(wù)器，服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，再送入后臺服務(wù)端軟件，供監(jiān)測客戶端調(diào)用。后臺管理軟件會將數(shù)據(jù)整合，根據(jù)預(yù)設(shè)的報警閾值進(jìn)行實時報警，在故障發(fā)生時，分析故障發(fā)生的位置并提供相關(guān)的應(yīng)急預(yù)案。為保證各后臺程序的穩(wěn)定運行，每個后臺服務(wù)建立了一個守護(hù)程序，當(dāng)后臺程序出現(xiàn)故障時，能夠自動重啟后臺服務(wù)軟件。

客戶端采用輕客戶端結(jié)構(gòu)，通過瀏覽器即可使用。但瀏覽器訪問的先天請求發(fā)送訪問方式具有及實時性差的缺陷，為解決此問題系統(tǒng)采用最新的WebSocket+HTML5的數(shù)據(jù)通信方式，系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)聽各播出節(jié)點的音頻信號，同時因為音頻節(jié)目的實時性要求，在系統(tǒng)部署音頻直播服務(wù)器。

將各采集設(shè)備的音頻數(shù)據(jù)首先打包成MP3格式，然后將MP3字節(jié)流通過Websocket推送至客戶端。當(dāng)客戶端需要監(jiān)聽音頻時，將后臺推送來的字節(jié)流通過HTML5的MSE（Media Source Extension）加入到音頻緩沖區(qū)中，通過對音頻緩沖區(qū)的不斷刷新實現(xiàn)客戶端的音頻播放功能，保證了音頻的無延遲播放^[4]。

5? ?監(jiān)測客戶端及遠(yuǎn)程控制

以每臺發(fā)射機(jī)為獨立單元，自衛(wèi)星信號接收、節(jié)傳機(jī)房信號發(fā)送，發(fā)射機(jī)信號輸入、發(fā)射機(jī)信號輸出、發(fā)射開路播出信號共五個關(guān)鍵節(jié)點，均部署信號采集設(shè)備，每部發(fā)射機(jī)為一個播出單元，通過對每個播出單元的整體音頻通路的信號監(jiān)測，可以實現(xiàn)快速的故障報警、故障定位、減輕了運維人員故障判斷的時間，以及各播出環(huán)節(jié)運維人員溝通的時間。

軟件操作平臺由服務(wù)端程序、數(shù)據(jù)庫、客戶端應(yīng)用程序等組成，通過客戶端應(yīng)用軟件實現(xiàn)對系統(tǒng)和設(shè)備維護(hù)信息的統(tǒng)計，以及對故障狀況的分析和查詢，從而建設(shè)完善的數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)。

軟件操作平臺是一個輕客戶端，通過瀏覽器即可使用。根據(jù)獲得到的音頻數(shù)據(jù)，對值班員進(jìn)行提示，值班員可根據(jù)語音提示內(nèi)容做出應(yīng)急操作，報警的門限值也可以進(jìn)行調(diào)整和設(shè)置。既可以呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，也可以反饋操作。能夠?qū)崿F(xiàn)播出信號監(jiān)測，故障提示、實施音頻播放等功能。

為保證系統(tǒng)的兼容性及靈活性，其部署了一套后臺管理軟件對系統(tǒng)框架進(jìn)行配置，對報警值等各種參數(shù)進(jìn)行配置。該軟件能實現(xiàn)臺站整體框架配置功能，可自由配置發(fā)射機(jī)的通路，同時還是配置運行圖的同步時間、各采集設(shè)備的采樣參數(shù)、節(jié)目通路各節(jié)點報警閾值，以及應(yīng)急預(yù)案設(shè)置功能。

6? ?設(shè)備日常維護(hù)

廣播電視是宣傳思想戰(zhàn)線的主陣地主渠道主力軍，擔(dān)負(fù)著維護(hù)社會穩(wěn)定與國家安全的重大責(zé)任，它是黨和政府聯(lián)系人民群眾不可或缺的紐帶，是人民群眾獲取信息服務(wù)的主要渠道。黨和國家一直以來對廣播電視工作高度重視，要確保廣播電視的安全播出，在運行維護(hù)中節(jié)目源監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用就必不可少。

在系統(tǒng)的運行維護(hù)過程中，有很大一部分工作是硬件維護(hù)。我們對系統(tǒng)包含的設(shè)備按樹形結(jié)構(gòu)分類，將所有設(shè)備進(jìn)行最小單元的分解、統(tǒng)計和編碼，同時記錄IP地址等配置信息，在使用中可以隨時更新設(shè)備的運行狀況與維修狀態(tài)，將現(xiàn)有設(shè)備信息電子化，在使用中分析設(shè)備的健康狀況和使用壽命，可以提前發(fā)覺潛在的問題，為之后的巡檢維護(hù)工作打下基礎(chǔ)。

7? ?結(jié)束語

綜上所述，全鏈路音頻監(jiān)測技術(shù)在保障廣播電視安全播出的運維工作中具有重要作用。隨著科技的發(fā)展，監(jiān)測技術(shù)已經(jīng)有了很大的進(jìn)步。從故障發(fā)現(xiàn)的角度看，本監(jiān)測系統(tǒng)可大大提高機(jī)房設(shè)備故障排查的速度，通過歷史數(shù)據(jù)的比對，能做到提前預(yù)判故障；從設(shè)備管理的角度看，借助本系統(tǒng)，對在線設(shè)備正常運行狀態(tài)進(jìn)行歷史的積累，今后無論是需要更換或者升級設(shè)備，都能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)選擇更合適的替換設(shè)備。

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