安全播出自動化監(jiān)控系統(tǒng)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(tǒng)設(shè)計

甘肅省廣播電視局六八七臺安全播出自動化監(jiān)控系統(tǒng)的主要任務(wù)是監(jiān)控臺內(nèi)10套調(diào)頻發(fā)射機及監(jiān)測2套電視音頻，主要包括信號源自動切換系統(tǒng)、音頻信號監(jiān)測系統(tǒng)、發(fā)射機自動控制系統(tǒng)、模擬電視多畫面監(jiān)測系統(tǒng)以及機房電力監(jiān)測系統(tǒng)等[1]。

發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)承擔(dān)著非常重要的監(jiān)控任務(wù)，不僅要保證其傳輸?shù)暮Ａ繑?shù)據(jù)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(tǒng)執(zhí)行整體設(shè)計作業(yè)時，應(yīng)嚴格貫徹以下原則：

1.1 可靠性

基于安全角度考慮，系統(tǒng)需要引入并運用相關(guān)設(shè)計技術(shù)，重點應(yīng)對包括冗余、備份以及容錯在內(nèi)的一系列問題，確保無論何種情形下均能有效避免數(shù)據(jù)丟失問題，并且在系統(tǒng)故障狀態(tài)下可以盡快采取有效的補救措施。

1.2 先進性

設(shè)計在保證通用的同時，還要兼顧實用性，深度發(fā)掘網(wǎng)絡(luò)本身的先進性，輔以處于業(yè)內(nèi)前沿位置的各種測試裝置和技術(shù)，賦予系統(tǒng)足夠高的技術(shù)層次，從而更好勝任監(jiān)測工作。

1.3 高效性

對監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的質(zhì)量進行評價時，響應(yīng)時間是一個關(guān)鍵指標(biāo)，倘若能實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)通信容量的動態(tài)拓展，使之與業(yè)務(wù)量的實際增速保持同步，同時又不會增加網(wǎng)絡(luò)延遲的時間，確保系統(tǒng)擁有較理想的響應(yīng)時間，就能給用戶帶來更為優(yōu)質(zhì)的使用體驗。

1.4 開放性

系統(tǒng)要引入開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時應(yīng)用瀏覽器/服務(wù)器模式（Browser/Server，B/S結(jié)構(gòu)）等先進模式，提高資源的共享水平，在此基礎(chǔ)上提高系統(tǒng)的兩大特性，即互操作性和可移植性。

1.5 安全性

在架構(gòu)系統(tǒng)的過程中，務(wù)必要保證其安全性，這是核心中的核心。發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)要能自發(fā)抵御病毒，對用戶身份進行查驗，防止“黑客”入侵；還應(yīng)做好對合法用戶的管理工作，通過嚴謹?shù)臋?quán)限設(shè)置，防止其發(fā)生越權(quán)訪問行為。

1.6 前瞻性

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

1.7 擴充性

在架構(gòu)系統(tǒng)時引入并運用了模塊化結(jié)構(gòu)，當(dāng)監(jiān)控任務(wù)的數(shù)量增多時，可增設(shè)與之配套的系統(tǒng)模塊，因地制宜地擴展網(wǎng)絡(luò)規(guī)模，賦予各監(jiān)控臺更為優(yōu)質(zhì)的實時監(jiān)控能力，為系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)提供有力支撐。

1.8 升級性

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，功能更為強大的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備頻頻投入使用，這就要求系統(tǒng)能夠?qū)υ缙谕顿Y加以利用，在有效規(guī)避浪費的前提下，引入質(zhì)效更強的新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2 系統(tǒng)組成

2.1 發(fā)射機自動化監(jiān)測系統(tǒng)

分析發(fā)射臺監(jiān)控系統(tǒng)可知，其由若干智能化監(jiān)控裝置通過類似搭積木的方式架構(gòu)成完整的監(jiān)控網(wǎng)路。該結(jié)構(gòu)可賦予系統(tǒng)更多變動余地，就規(guī)模而言，可大可小，就功能來說，可繁可簡，不同監(jiān)控裝置之間彼此獨立，但又不妨礙數(shù)據(jù)互通?；谄涔ぷ髀毮芸蓪l(fā)射臺劃分成若干子系統(tǒng)，如信源切換器監(jiān)控子系統(tǒng)、指紋管理系統(tǒng)以及短信報警子系統(tǒng)[2]。

發(fā)射臺自動化監(jiān)控系統(tǒng)引入了基于集散控制理論的以太網(wǎng)技術(shù)。集散控制系統(tǒng)（DCS）架構(gòu)功能強大、反應(yīng)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?qū)崿F(xiàn)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(jiān)管功能，后者指的是被投放到不同場所、地點的一線設(shè)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(lián)系，為信息的實時傳輸、交換提供有力支撐。

工業(yè)以太網(wǎng)，即能夠為工業(yè)控制提供支撐的以太網(wǎng)技術(shù)，現(xiàn)階段已得到相當(dāng)廣泛的應(yīng)用，從技術(shù)層面看能夠與商用以太網(wǎng)進行理想兼容，然而在產(chǎn)品設(shè)計的具體操作中，考慮到工業(yè)現(xiàn)場的特殊性，需要使用專門材質(zhì)，保證產(chǎn)品強度，使產(chǎn)品具有適用性、實時性以及可靠性等。但工業(yè)以太網(wǎng)和一般商業(yè)以太網(wǎng)在上述方面存在較大差異。發(fā)射臺站使用的是工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)，能出色滿足骨干網(wǎng)在技術(shù)層面上提出的諸多要求，妥善解決了網(wǎng)絡(luò)兼容問題。另外，由于對各工作環(huán)節(jié)做了合理的分化處理，系統(tǒng)風(fēng)險被大幅削弱，這也在某種程度上降低了PC計算機的主導(dǎo)性。

2.2 電視視音頻監(jiān)測系統(tǒng)

電視視音頻監(jiān)測系統(tǒng)主要由三部分共同構(gòu)成，除了原音頻工作站、轉(zhuǎn)碼存儲這兩款服務(wù)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(gòu)局域網(wǎng)時，一般使用局域網(wǎng)方式；在架構(gòu)云平臺時，則選擇云平臺方式。

2.2.1 方式一：局域網(wǎng)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(tài)并成功接入原音頻工作站，使電視的音頻流能夠被轉(zhuǎn)碼存儲服務(wù)軟件正常接收，然后進行包括轉(zhuǎn)碼輸出在內(nèi)的各項操作。轉(zhuǎn)碼輸出操作指的是，從音頻工作站服務(wù)軟件處得到自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制（ADPCM）碼，然后將之轉(zhuǎn)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(zé)后續(xù)的顯示、播放等操作，還會以轉(zhuǎn)碼處理之后得到的音頻流數(shù)據(jù)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(wù)軟件得到實現(xiàn)。服務(wù)軟件提供了一個傳輸控制協(xié)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(guān)參數(shù)（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(fā)出報警[3]。

電視視音頻流會先進入視音頻編碼器，相應(yīng)處理之后再被提供給轉(zhuǎn)碼存儲服務(wù)軟件，由后者輸入不同的節(jié)目流，可以是單節(jié)目傳輸流（SPTS），也可以是多節(jié)目傳輸流（MPTS），并向多畫面客戶端軟件提供統(tǒng)一處理之后的單節(jié)目流，進而執(zhí)行包括音頻報警在內(nèi)的多項動作。服務(wù)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(guān)參數(shù)（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(fā)出報警；多畫面客戶端軟件擁有相當(dāng)不俗的功能，能對外呈現(xiàn)全體通道音視頻所對應(yīng)的各類畫面，同時支持執(zhí)行包括全屏播放、循環(huán)播放及歷史回看在內(nèi)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(shù)據(jù)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(chǔ)之上的單一節(jié)目流推送，使用時應(yīng)遵循因時因地制宜原則。第一種方案運用了服務(wù)器直接轉(zhuǎn)碼這一處理方式，即以轉(zhuǎn)碼服務(wù)軟件為工具對全體音視頻流進行百分百轉(zhuǎn)碼處理，再將其提供給目標(biāo)云服務(wù)器，而后一種方案的核心是則通過單向網(wǎng)閘裝置完成對數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3 多路音頻慢錄監(jiān)測系統(tǒng)

調(diào)頻監(jiān)聽系統(tǒng)責(zé)任重大，不僅要監(jiān)聽節(jié)目通過各種渠道取得的音頻信號，還需要關(guān)注音頻切換處理后計劃提供給發(fā)射機的那類信號和發(fā)射機提供的一系列射頻解調(diào)信號。在以射頻解調(diào)信號為對象執(zhí)行監(jiān)聽作業(yè)的具體操作中，需要使用循環(huán)監(jiān)聽控制器，依托其獨立解調(diào)功能，按預(yù)設(shè)間隔及通道循環(huán)播放目標(biāo)節(jié)目所對應(yīng)的解調(diào)信號。在有需要的情況下，工作人員可對該控制器執(zhí)行強制切換操作，然后通過指定通道專門監(jiān)聽目標(biāo)節(jié)目。如此操作能妥善應(yīng)對由于音頻處理服務(wù)器異常而誘發(fā)的無法正常監(jiān)聽的問題，是一種十分常用的備用監(jiān)聽方式[4]。

甘肅省廣播電視局六八七臺監(jiān)聽監(jiān)視的主要是三類信號，除每套節(jié)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(fā)射機的信號以及通過無線接收方式取得并解調(diào)處理后得到的音頻信號。在一套節(jié)目中，需要監(jiān)控的音頻信號不可少于4路，如果是十套節(jié)目，處于監(jiān)控之下的音頻信號則會達到40路以上，此時傳統(tǒng)監(jiān)控模式的弊端便會尤為明顯。首先是設(shè)備數(shù)量難以保證，其次是相互間必然涉及復(fù)雜的交叉連線，所以一定要引入基于數(shù)字式可視化原理的先進監(jiān)控模式，以2臺多路音頻編碼器為工具對目標(biāo)音頻信號進行專門的編碼壓縮處理，然后經(jīng)由局域網(wǎng)傳輸?shù)揭纛l處理服務(wù)器，利用此處的服務(wù)軟件包進行全面、嚴謹?shù)挠嬎悴僮?，量化各音頻信號，將其轉(zhuǎn)化成動態(tài)變化的、清晰可見的柱形圖，如此可實現(xiàn)對若干路音頻信號運行狀態(tài)的同時監(jiān)控?；谝纛l信號差動對比監(jiān)測原理，系統(tǒng)會分析提供給發(fā)射機的那些音頻信號，在此過程中會將之與射頻解調(diào)信號放到一起進行橫向?qū)Ρ龋霈F(xiàn)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(shù)字音頻信號進行相應(yīng)的解壓解碼處理，進而方便音箱監(jiān)聽。服務(wù)軟件能根據(jù)合法用戶的合法指令以音頻柱形圖的方式呈現(xiàn)特定的監(jiān)視畫面，還配置有循環(huán)監(jiān)聽和固定頻率監(jiān)聽兩大監(jiān)聽功能。

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

（1）監(jiān)聽監(jiān)測“有人值守”中波、調(diào)頻臺站全體節(jié)目所涉及的信源以及解調(diào)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(yīng)的MP3格式，同時提供存儲和播放功能；（4）允許本地監(jiān)控，也允許網(wǎng)絡(luò)遠程監(jiān)控；（5）可根據(jù)實際需要以預(yù)設(shè)方式設(shè)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(tài)監(jiān)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(tài)幅度數(shù)據(jù)提供支撐；（8）對開機運行狀態(tài)下某個或某幾個時間區(qū)段預(yù)設(shè)相應(yīng)的報警功能。

2.4 電視墻拼接系統(tǒng)

（1）以輸入信號為對象進行相應(yīng)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(diào)用、切換以及調(diào)整在內(nèi)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(guān)操作，常見的如命名、調(diào)整以及存儲等。對于設(shè)備輸入信號，支持所謂的預(yù)先擺放，可針對各場景執(zhí)行存儲操作，再形成目標(biāo)場景，并根據(jù)現(xiàn)實需要進行調(diào)用。

（3）可實現(xiàn)對各廠家、各型號切換矩陣設(shè)備的聯(lián)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(zhí)行包括位移、疊加以及縮放在內(nèi)的一系列操作，也允許將之轉(zhuǎn)移至其他單元進行相關(guān)處理，通過不同模式對外呈現(xiàn)圖像。

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

（6）可通過遠程方式開機或關(guān)機，基本原理是預(yù)設(shè)相應(yīng)控制指令，在自定義模式下成功載入開機或關(guān)機指令。

（7）提供包括開關(guān)機、場景轉(zhuǎn)換以及場景輪巡在內(nèi)的多種定時功能，節(jié)省了大量人力，且不易出錯。

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

（9）預(yù)設(shè)了二次開發(fā)接口，同時還提供有中控裝置通訊協(xié)議，方便與第三方設(shè)備進行有機對接。

3 個性化改進

在項目實施過程中，根據(jù)甘肅省廣播電視局六八七臺的實際播出設(shè)備，調(diào)頻備份系統(tǒng)的組成以及信號源系統(tǒng)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(shù)指標(biāo)的提升

在對廣播發(fā)射系統(tǒng)進行調(diào)頻時，音頻信號電平的大小、質(zhì)量的好壞直接影響播出質(zhì)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(jīng)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(xiàn)因調(diào)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(shè)初期安裝調(diào)試階段，發(fā)現(xiàn)播出效果不好，經(jīng)常出現(xiàn)聲音失真的情況，經(jīng)過排查，發(fā)現(xiàn)是因為信號源電平不穩(wěn)定，超出了音頻處理器動態(tài)控制處理范圍，進行了硬限幅。

臺站決定讓設(shè)備生產(chǎn)廠家對音頻處理器進行硬件改進，重新設(shè)計調(diào)整處理電路，并進行嚴格的指標(biāo)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(shù)指標(biāo)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(diào)，輸出電平：0～6 dB可調(diào)，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(xiàn)設(shè)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(tǒng)建設(shè)中引入聲光報警器，當(dāng)出現(xiàn)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(shù)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(fā)、解除的需求，可加入網(wǎng)頁監(jiān)控系統(tǒng)，也可以作為單獨報警系統(tǒng)使用，即可以通過外部的紅外報警或其他的開關(guān)量報警輸入觸發(fā)，還可以通過上位機發(fā)送指令進行聲光報警，報警的方式可分為當(dāng)?shù)貓缶屯饨訄缶鞯仍O(shè)備報警。

3.3 引入語音報警功能，改進授時系統(tǒng)

原系統(tǒng)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(jiān)聽音箱能夠放大報警聲音，增加監(jiān)聽功率。

將原有GPS校時系統(tǒng)進行了改進，原有校時系統(tǒng)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(tǒng)安全，并且人員操作不便，在改進后只需要使用內(nèi)置校時軟件（Xsho圖文編輯軟件）就可對本系統(tǒng)進行快速校時，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

甘肅省廣播電視局六八七臺建設(shè)的自臺監(jiān)控系統(tǒng)使用一年多來，運行穩(wěn)定可靠。該系統(tǒng)監(jiān)控范圍廣、監(jiān)控到位，不僅對臺站所有設(shè)備進行了監(jiān)控，同時也降低了值機人員的勞動強度，對設(shè)備出現(xiàn)的異常問題反應(yīng)及時，減少了停播次數(shù)，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(tǒng)在多節(jié)目多設(shè)備播出的發(fā)射臺站值得推廣。

4 結(jié)語

廣播電視安全播出是一項系統(tǒng)工程，任何一個環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會影響到安全播出任務(wù)的完成，對播出設(shè)備的工作狀態(tài)、信號源質(zhì)量、天饋系統(tǒng)溫度、設(shè)備配電系統(tǒng)是否正常及機房環(huán)境溫度、濕度、煙感情況進行跟蹤監(jiān)測監(jiān)控，將檢測的指標(biāo)及時監(jiān)測給值機人員，讓值機人員在第一時間掌握所有設(shè)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(shè)備不到位引發(fā)的不必要停播。本項目在實施過程中遇到了該系統(tǒng)和發(fā)射設(shè)備出現(xiàn)的各類問題，臺站技術(shù)人員發(fā)揚團隊精神，集思廣益，制定解決方案，逐一排除了系統(tǒng)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(jié)目的高質(zhì)量播出。