广播电视监控系统设计与新技术应用

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新一代广播电视发射台自台监控系统，结合当前广播电视发射台模数过渡期模拟与数字设备混杂，多类型、多厂家设备共存的现状，采用了先进的设计理念，应用新型智能多功能数据采集器和智能协议解析监控软件等新技术，通过对发射台节传设备、发射设备、环境及电力设备监控的实施，实现了对发射台各类运行设备及机房环境全面直观地监管监测，进一步提升了广播电视发射台机房的现代化管理水平。

引言：

随着发射台节目源及发射设备的逐步增多，传统的运维管理方式由于采用人为定时抄表巡机，故障记录不及时，故障原因查找分析困难。为了保障安全播出，对发射台设备实施集中智能化监控管理已是必行趋势。当前，广播电视发射台正处于模数过渡转型期，由于各个发射台的发射机类型、厂家各不一样，通讯协议也多种多样，部分老设备甚至没有通讯接口和协议，在实施计算机智能化管理过程中造成了很大困难。为解决此类难题，本系统方案从安全播出及全设备监管角度考虑，应用新型智能多功能数据采集器和智能协议解析监控软件等新技术，设计部署了包含机房各类节传、发射、电力设备及机房环境等的全方位监控系统，并将设备故障原因自动进行记录，进而实现设备运行分析、故障分析，达到提前预判故障点，快速分析处理故障，增强了安全播出的可靠性，进一步保障了广播电视发射台的安全播出。

1.自台监控系统设计

1.1总体框架

根据当前广播电视发射机房的现状与发展的需求，自台监控系统一般包括信号节目监测和发射设备及环境电力监控等。节目监控一般由解码器、节目调度切换系统和节目多画面构成，发射设备及环境电力等监控由数据采集器及机房监控系统软件构成。总体构成框图如图1所示。

1.2总体功能设计

广播电视发射台自台监控系统主要包括：1、播出信号监测系统；2、设备运行监控系统；3、电力环境监测系统；4、自动化管理系统；5、大屏显示系统。工作设备运行监控系统，对信号传输、发射设备的状态及技术参数进行监控、报警、记录；电力、环境监测系统，主要包括对机房的电力供配电设备、环境温度、湿度的监测以及对烟雾、漏水等状况的监测；播出信号监测系统，通过三层监测设计对节目源码流信号、传输切换信号、射频发射信号进行监测；节目调度切换管理系统，对多节目流进行分配、切换等调度管理；自动化管理系统，主要实现监控管理、数据存储，监听监看调度等功能。大屏多画面显示系统作为全台设备工作状况和视音频图像的显示系统。

2.运行设备及动环监控系统

2.1系统框图（图2）

2.2系统功能设计

2.2.1系统硬件设计（1）先进嵌入式处理器的应用新一代数据采集器的设计主要采用了基于ARM构架的多核处理器的主板，集成了12路RS485接口、4路网络接口以及8路模拟量接口和8路开关量接口，主板为嵌入式多协议工控主板，采用FreescaleCortexTMA9作为处理器，考虑到高山多雷等因素采用了双电源热备份。（2）集成接口电路的设计考虑到不同厂家、不同发射机接口的不同，硬件数据采集器设计了多种接口RS232、RS485、AI/DI模拟数字量接口、网络接口等多种形式。（3）无数据通讯接口发射机数据采集的设计由于发射台站有一些发射机属于老旧设备，没有通讯接口，本系统采用了微型采集器，使用定向耦合器对发射机的功率进行监测采集，对工作电压、电流、温度等直接进行A/D转换进行采集，从而实现了对发射机新、旧设备的全方位监控。（4）防雷及抗电磁干扰的设计新型数据采集器在接口电路上使用了防雷设计和防电磁干扰设计，在接口电路上着重采用了防浪涌防雷陶瓷气体放电管B3D090L-C，用于保护敏感型电子设备，免受中低强度的雷击感应浪涌和其他电压瞬变的侵害。（5）环境、电力监控的设计环境、电力系统也是发射台正常运行的基本保障，保证播出安全的重要系统。环境监测主要是对机房及工作环境温度、湿度的多点监测，并实时记录，同时对温度、湿度、烟雾探测、漏水探测等报警信息进行实时探测，发生故障时进行声光报警，并进行报警信息记录。电力监测是动环监测重要组成部分，实时记录市电、配电柜、稳压电源等电力设备的工作值，同时能够探测各个电力设备的过压、过流等报警信息，进行声光报警，同时记录报警信息。电力监测由于发射台供配电设备很多都没有通讯接口，需要进行硬采，在本设计中采用安装电流互感器及多功能数字电力表来进行采集通讯。（6）数据采集器的设计发射机是广播电视发射台核心的信号发射设备，发射机的安全可靠运行是台站的核心工作。本设计中主要考虑台站设备众多、接口繁杂等因素，有效解决传统监控的施工复杂、使用性差、故障率高等因素，采用了基于ARM构架数据采集器及内部嵌入式系统，既兼容了各种接口，同时其多线程处理技术又能保障对多台发射机进行实时采集和协议转发处理。系统框图如图4所示。

2.2.2系统软件设计（1）智能协议解析系统的设计软件系统建立了以智能协议解析系统为核心的设计，采用最新的开发系统RADStudioXE8，可以对不同的厂家协议建立接口模型、算法模型，用户建立好模型后自动解析设备数据。在数据方面采用了目前最为流行的MySQL数据库，体积小、安装简易、使用灵活等。系统框图设计如图5所示。（2）优化的3D仿真界面的设计该系统通过核心通信模块与采集器进行通讯，将得到的数据通过核心智能解析系统，进行数据解析处理，得到统一的标准数据（包括量化数据和报警数据等），将得到的数据根据系统设置好的的机房信息和设备信息进行进一步处理，输出到3D显示多画面，同时对报警数据进行实时声光报警。MySQL作为数据的存储数据库，系统实时将得到的数据存储到数据库中，软件的历史数据进行了分类处理，得到了年、月、日、周、季度等统计报表，方便管理。

3.节目监测系统

3.1系统框图

3.2系统功能设计

3.2.1大屏多画面显示系统设计（1）节目监测软件系统对发射台的信号源、切换系统信号、发射信号的码流打包成IP流输出，通过各个信号的组播地址将码流解码到节目监测软件系统。节目监测软件系统采用了多画面自由组合分割模式，可以实现16画面、24画面等多种模式。系统除对节目的画面显示外，还可以实现对视音频信号丢失报警、台标丢失报警、静帧报警和硬盘容量不足报警等功能，采用声音报警方式提醒用户，并把报警信息纪录到数据库，用户可以方便地查询报警的历史数据。（2）先进LED大屏显示系统大屏显示系统由大屏显示墙、图像拼接控制器、控制计算机、交换机和控制软件组成。大屏幕显示墙由高清液晶屏和LED条屏组成屏幕墙，作为全台工作状况和视频图像的显示系统。大屏系统使用了智能多画面拼接处理器，具有多种不同的画面分割显示模式，显示位置大小数量可调，各路视频画面大小、位置可以任意调整组合。大屏显示系统分别显示播出信号监测系统、设备运行监控系统、电力环境监测系统的相关工作软件控制界面以及各类其他信息，采用图像拼接控制器和各系统管理终端连接，实现各子系统的画面显示和切换。

3.2.2节目调度系统设计智能多功能信号分配切换器的应用：传统模式下一般一套节目采用一台独立的切换器，然后再采用一台独立的分配器作为节目管理调度系统使用。但随着央视及地方数字电视节目的覆盖，节目越来越多，传统模式体现出了布线复杂，造价昂贵，管理繁琐，效率低下等缺点，本系统采用智能多功能切换分配器，是一台内含多个独立板卡的多路切换器分配器，支持数字ASI主备切换卡、视音频四路切换卡、音频四路切换卡、视音频分配卡、音频分配卡、CDR主备切换卡等多种切换器卡和分配器卡。多路切换器分配器支持主备插拔电源供电，主电源出现故障后，自动切换到备电源供电。多路切换器分配器具有手动和自动两种切换方式，在自动切换方式下，当第1通道无信号输入时，设备的主切输出将自动切换到其他有信号的通道，在第1通道无输入时，蜂鸣器发出报警声提示，从而提高安全播出的预警能力。具有体积小巧（2U机箱），功能多、集成度高等特点。智能多路切换器分配器支持远程节目调度软件，可实现远程控制切换器的信号切换、状态查看、手动自动模式、关闭蜂鸣报警等功能。

4.自动化管理系统

4.1硬件组成

自动化管理系统由交换机、管理服务器、数据库服务器、存诸服务器、存储硬盘、监听监看调度服务器、客户端组成，主要实现监控管理、数据存储，监听监看调度等功能。

4.2监控平台服务系统软件功能设计

能实现机房设施管理、服务器管理、存储管理、应用管理等的统一管理。具有监控本级管理平台机房设备故障的能力；能够实时监测显示各类广播、电视发射机的各项运行数据参数；按控制权限的分类，控制发射机的工作状态，开机、关机、升降功率、升降调制度及信号源的切换等控制功能；具备定时自动开关机使能、遥控开关机使能、自动倒机使能功能，用户可根据情况选择相应的功能；具有系统运行日志（发射机和操作日志），能够支持每天自动抄表，自动上报发射机及相关设备运行数据，支持手动\自动抄表；具有数据查询及报表统计功能，能自动生成特定的各种报表（日、周、月、季、年播出统计报表、故障统计报表，以及维护、维修、抢修、故障修复统计报表等），此外还预留网络管理、视频监控管理等多种扩展功能。

5.结束语

广播电视发射台自台监控系统的建设是实现发射台安全播出、提高管理效率的重要手段，是发射台站技术发展和进步的必然趋势。通过应用新一代自台监控系统技术，对于复杂多通道节目信号源，通过集成调度切换分配技术，对信号进行集中管理调度，终端通过多画面监测主机及LED显示屏的应用组成多画面大屏显示系统，形成了三层信号监测体系，包括信号源、切换信号、发射信号，进而对信号传输实施了全面的监测。系统选择支持对不同设备、不同接口协议的高集成度的数据采集器及具有智能协议解析监控管理软件的设计来实现适应现代广播电视发射台机房管理的实际需求，实现了对发射台各类运行设备及机房环境全面直观地监管监测，进一步提升了广播电视发射台机房的现代化管理水平。

作者：韩荣华 单位：山西广播电视无线管理中心