广播电视机房播出监控系统及改进的思考

摘　要：

关键词：
　　信息技术的迅猛发展，使广播电视领域的信息化程度普遍提高，信息技术与广播电视新技术融合，提高了工作效率和安全播出可靠性，减少播出事故的发生，增强了广播电视传媒业的竞争力。下面以一个实施的广播电视机房播出监控系统为例，介绍原理及应用，并就完善系统提出改进建议，以期抛砖引玉。
　　1、广播电视机房播出监控系统的构成及原理
　　本系统为广东省农村中央广播电视无线覆盖工程所实施信息化工程项目，实施系统的广播电视转播台地处高海拔的边远山区，发射设备种类多，播出节目套数多，播出时间较长，值班工作强度大，由于原有设备难以满足多套播出节目实时监控信号、智能切换信号的需要，根据恶劣高山实际环境情况，实施了该系统，旨在完善播出信号的监控手段，以提高工作效率和减少故障，减轻人员工作强度，有效地监控播出3套调频广播和4套电视节目信号源质量，确保安全播出。
　　1.1 系统的构成
　　本系统由广播电视硬件设备和监控应用软件构成，它是一个对广播电视播出信号实施有效监控，确保安全播出的系统，系统包括视音频监控仪、信号分配器、信号源智能切换器、电视及广播信号调谐器、GSM短信模块（含短信发送器）、大屏幕监视器、监听音响等设备、RS232串口服务器等设备。系统组成见图1。信号监控模块由视音频监控仪和RS232串口服务器及接口等组成，信号源智能切换模块由视音频智能切换器、接口电路等组成，GSM短信模块由GSM短信发送器等组成，系统监控软件运行在系统核心的视音频监控仪中，系统各模块独立性强，互连集成形成系统后，具有较高的可靠性、稳定性和安全性。






　　
　　                            （图1）
1.2 系统工作原理
　　广播电视节目监控系统在节目信号源（信号分配器输出）、前端设备（信号源智能切换器输出）、天线接收调谐解调器输出的3个监测节点（见图1示），获取电视发射机和调频发射机各自的前端、发射机输入信号、开路回收信号共6个通道的监测信号，经RS232接口将数据送入视音频监控仪处理，对信号源实时监测，检测节目信号源质量状态，如检测出视频丢失、静帧、黑场、音频丢失、静音等故障状态时，系统将实施报警(声、光、发报警短信) ，同时智能判定和处理自动切换信号源，以达到对3套在播调频广播节目共18路模拟音频立体声信号和4套在播电视节目共24路视音频信号及上述7套在播节目的开路回收信号（模拟视频/单声道音频）的监测、监看和报警目的，以保证优质安全无间断的播出，监控系统独立于发射机播出和其他播出设备系统工作，当监控系统不工作时，将不影响广播电视设备的正常工作。
　　2 广播电视机房播出监控系统功能
　　2.1  多画面监控，支持多屏（双屏、三屏、四屏）显示技术，对采集的视频信号以屏幕分割的方式显示，对音频信号采用图形化显示，具有信号监测、前端设备控制（主备切换器）、录像/回放功能。
　　(1) 信号监测，对在播的4路电视、3路广播每套节目信号源（每套有4路节目信号源）、前端设备输出、电视调频开路接收调谐器输出3个节点、6个通道路信号进行监测。
　　(2) 前端设备控制，指系统通过RS232串行接口控制信号前端设备（主备切换器）。
  （3）进行电视节目实时录像/回放，每路信号以70~4096kbps的码率进行录像，录像分辨率最高可达704*576。
　　2.2 信号源智能切换，实时监测有无信号、视频黑场、图像静帧、音频幅值检测、静音异态后，经过判断，由RS232接受来自系统的控制指令，可靠、智能地切换信号源。
　　2.3报警，使用声、光、GSM短信三种方式，对信号源发射机异常或故障情况进行报警。
　　3、系统核心——视音频监控仪
　　视音频监控仪是系统的核心，它控制信号监测、信号源的智能切换和报警等各功能模块并协调模块工作。视音频监控仪具有独立、完整的监控功能，它既可与信号源智能切换器、电视解调器和调频解调器完成独立的信号监控功能，又可为将来升级系统提供与上一级系统连接和扩展的接口。
　　3.1软、硬件要求
　　（1） 硬件设备：为采用工业级主板的工控机，高性能的采集卡，最多支持64路的视音频实时采集，CPU为主频3.0G的奔腾4 处理器，内存为DDR2.0G；SATA硬盘容量640G，硬盘主要保存录像和音频数据，录像采用H.264压缩格式，音频采用OggVorbis格式，在保证高质量下实现更大的压缩比。640G可满足存储以800kbps码率，对8路信号进行20小时连续7天的录像数据；主要视频音频输入每16通道采用两个DB15和一个DB25作为输入接口；图像输出包括VGA、DVI接口，RS232与前端设备连接实现自动控制；预留以太网与网络连接接口，可实现远程监管。
  （2） 软件环境：监控仪软件工作在WINDOWS XP操作系统平台，安装MSMQ3.0（微软消息队列）,GSM发送模块和数据库,数据库为SQL SERVER2005。SQL SERVER2005数据库作用为a、记录录音录像信息，便于查询和回放。b、记录报警信息，所有报警信息被写入数据库，方便查询、分析，生成报表。系统有用户管理，报警、GSM、历史记录等软件功能模块。为了系统安全运行，实现严格的用户管理制度，用户按权限管理，实施用户验证登录，改变系统工作状态的设置只能由有权限的高级用户进行，用户登录后，程序自动记录用户在系统上进行的所有操作。
    3.2 信号监测和录像显示
　　系统信号监测为多画面监控，由视音频监控仪、多路电视解调器、多路调频解调器、大屏幕监视器等设备完成。　　
　　3.3 监控仪对异常信号的检测控制
　　视音频监控仪根据设定的视频监测、音频监测参数，实时与每路信号的参数比较判断是否正常。对视频信号进行有无信号、同步丢失、黑场、静帧的检测；音频根据报警门限值进行有无信号判断，如异常则启动报警程序开始报警，并控制前端设备做相应处理。为了防止误报，用户进行参数设置（见图2），根据实际正常播出可能有短暂黑场、静帧和静音，设置检测参数的门限值。





　　
　　3.4 监控仪对异常信号的报警及控制
  （1）报警：当信号被检测到异常时，视音频监控仪自动以声、光、短信多种方式报警，报警按影响播出质量程度分为一、二、三级，一级为最严重，三级最低，视音频监控仪将保存所有报警信息。
  （2）控制：视音频监控仪通过RS232通信接口对前端设备（主备智能切换器）进行控制，方式分 手动和自动两种。手动方式：视音频监控仪提供远程遥控人工切换面板，其操作与设备实际面板一样；自动方式：当信号检测发现异常时视音频监控仪报警，同时根据报警情况判断后，向信号前端设备（智能切换器）发出控制指令，自动进行通道切换。 
　　3.5  监控仪检测信号判断及相应处理形式
  （1）系统报警，但不对信号源做任何处理
　　节目的4路信号源同时无信号或者无同步状态，判定为不属于系统节目源端出问题；节目四路信号源同时出现静帧、黑场或者静音报警状态，可能是属于误报。系统将报警，不对信号源做任何处理。
  （2）信号源异常，系统自动切换到正常的信号源
　　节目当前使用输出的信号源如被监测到出现无信号、视频黑场、图像静帧、音频幅值检测、静音异态后，系统判定为异常状态，按以下方式处理，系统将按照已预设的“主->备1->备2->备3”的顺序搜索正常的信号源，搜索到后，视音频监控仪向智能切换器发送切换指令，自动切换到正常的信号源输出。
  （3）智能信号源切换器输出异常，切换直通状态
　　智能信号源切换器输出异常，但是系统监测到节目信号源正常，判定属于智能切换器设备的故障，按以下方式处理，视音频监控仪向主备切换器发送断电直通指令，使智能切换器工作在断电直通状态下，保证节目的正常播出。
　　3.4可靠性保障
　　为了保证监控系统运行可靠性，系统设备使用了UPS后备供电。

    4 系统不足的思考及改进
　　作为广播电视机房播出使用的智能监控系统，除了具备监控播出信号源外，还要增加监控发射机的状态和自动控制发射机的功能，增加完善扩展接口，以后为与其他广播电视设备系统和管理系统组成更大完善的系统做准备，以下将就进一步改进完善现用监控系统提出了一些建议和思考，供大家交流。
　　4.1 系统的改进
　　实施本系统广播电视转播台在1000米以上的高山环境，大多数使用的都是旧式广播电视发射机，这些设备大多没有计算机通信接口，即使有的也是简单的通讯接口，而且发射机内部结构种类不一，如果改造这些旧式发射机，将其自身的控制保护功能集成到监控系统中很困难的，并且改造后的可靠性和稳定性也差强人意，为了今后广播电视信息化、自动化发展，所以必须从构造系统框架，增加设备，来完善改进目前使用的系统。
　　本例系统现在受制于高山环境限制，目前仍无法使用互联网，搭建一个互联互通的广播电视远程监控管理系统。因此，我们设想，先在这个机房监控系统基础上改进系统，增加一个功能强大的专门处理信号源监控和处理采集、控制发射机数据的主机系统，构成一个基于pc机的广播电视自动监测控制系统，通过以太网，系统主机获取发射机、信号源状态，完成自动巡检、自动开机，倒换开主备机、切换信号源、分级声光信报警、用户管理、历史查询、GPS校时等任务，实现对播出设备自动控制，在信号源监控方面功能进行改进，增加音频、视音频信息内容的对比监测等功能，要求系统能够对两个不同传送途径的信号源进行内容信息的对比，如微波传输与信号卫星传输来的信号源相互比较，输入视音频分配器、立体声分配器的信号与调谐器开路接收的信号相互比较，完成对动态图象信号或者动态音频信号等合法性的智能分析，以期快速识别正确信号源，提高该系统监测监控的可靠性。这样在原来系统基础上的扩充和延展，实用性强，而且性价比高。本系统改进设想架构如图2示。

　　4.2  关于系统RS232接口转RS485接口问题
　　本监控系统使用RS232接口进行系统设备的通讯，通过RS232与各设备连接，完成数据交换和指令传达。RS-232作为PC机与通信工业中早期普遍应用的一种串行接口。它是一种在低速率串行通讯的单端标准RS-232。时至今日，其缺陷非常明显，无法满足大信息量数据快速传送的要求，RS-232采取不平衡传输方式，单端方式通讯， RS-232点对点通讯（即只用一对收、发设备），传送最大距离和最高速率只有15米、20Kbps，所以RS-232仅适合作为本地设备之间少量数据、慢速通信的通信接口。为此，有必要采用RS-485串行数据接口标准替代RS-232，它最大传输距离约为1219米，最大传输速率为10Mbps，采用平衡发送和差分接收，半双工工作方式，具有抑制共模干扰的能力，适用于多点互连，节省许多信号线，应用RS-485 可以联网构成C/S或者B/S分布式系统。因此，我们建议在以后完善升级系统时，选择有RS-232与RS485这两个串行接口的系统配套设备，尽量使用RS485设备接入网络，对原来仅有RS232的串口设备，可以采用转换接口方法，使用高性能隔离转换器透明地将RS-232信号转成隔离的RS-485信号，在无需改动连接设备的任何软硬件情况下，使RS232设备接入RS-485网络，为今后组建升级的远距离大的播出系统打下基础。
　　4.3  WINDOWS XP 系统平台的维护升级
　　为了提高软件数据处理的可靠性和安全性，本监控系统软件运行使用WINDOWS XP操作系统，它是比较成熟的操作系统平台，实现以较低配置流畅地运行各类应用软件，兼容性好，但是严格来说，作为实施广播电视播出信号源监控这样一个专业应用，最好开发WINDOWS SERVER服务器环境下运行的软件系统，因为使用WINDOWS SERVER版本的操作系统稳定性好，安全风险也比较低，应用软件在服务器上运行可靠性将得到保证，使用WINDOWS SERVER操作系统，监控系统的硬件也必须升级为服务器设备比较理想。
　　由于目前使用的是WINDOWS XP操作系统平台，系统相对比较脆弱，将面临着系统崩溃、病毒入侵的风险，必须及时做好系统修补漏洞及升级的服务，以防范系统出错和提高抵御病毒入侵。为了解决XP系统的稳定性问题，首先必须做好系统的日常维护工作，对投入播出设备的系统软件制定管理制度，加强管理，指定当班专人管理系统，严禁在pc机系统上运行其他与播出无关的软件，及时优化和维护软件系统，另一方面加装正版杀毒软件，定期查杀毒，对使用的WINDOWS XP 操作系统和监控软件要定期进行维护升级工作，做好历史数据的存盘备份工作，以备不测。

参考文献：
[1]  周春来  广播电视自动监控技术  中国广播电视出版社 2009年7月
[2]  谢希仁  计算机网络（第4版）  电子工业出版社  2003年1月
[3]  黎连业 李淑春? 管理信息系统设计与实施  清华大学出版社  1998年10月