安全播出自动化监控系统的个性化改进与实施——以甘肃省广播电视局六八七台实施方案为例

顾生万

（作者单位：甘肃省广播电视局六八七台）

甘肃省广播电视局六八七台安全播出自动化监控系统的主要任务是监控台内10套调频发射机及监测2套电视音频，主要包括信号源自动切换系统、音频信号监测系统、发射机自动控制系统、模拟电视多画面监测系统以及机房电力监测系统等[1]。

发射台监控系统承担着非常重要的监控任务，不仅要保证其传输的海量数据的实时性和安全性，还要保证其可靠性和一致性，因而在对该系统执行整体设计作业时，应严格贯彻以下原则：

1.1 可靠性

基于安全角度考虑，系统需要引入并运用相关设计技术，重点应对包括冗余、备份以及容错在内的一系列问题，确保无论何种情形下均能有效避免数据丢失问题，并且在系统故障状态下可以尽快采取有效的补救措施。

1.2 先进性

设计在保证通用的同时，还要兼顾实用性，深度发掘网络本身的先进性，辅以处于业内前沿位置的各种测试装置和技术，赋予系统足够高的技术层次，从而更好胜任监测工作。

1.3 高效性

对监控网络系统的质量进行评价时，响应时间是一个关键指标，倘若能实现对网络通信容量的动态拓展，使之与业务量的实际增速保持同步，同时又不会增加网络延迟的时间，确保系统拥有较理想的响应时间，就能给用户带来更为优质的使用体验。

1.4 开放性

系统要引入开放式网络结构，同时应用浏览器/服务器模式（Browser/Server，B/S结构）等先进模式，提高资源的共享水平，在此基础上提高系统的两大特性，即互操作性和可移植性。

1.5 安全性

在架构系统的过程中，务必要保证其安全性，这是核心中的核心。发射台监控系统要能自发抵御病毒，对用户身份进行查验，防止“黑客”入侵；
还应做好对合法用户的管理工作，通过严谨的权限设置，防止其发生越权访问行为。

1.6 前瞻性

随着时间的推移，广播电视发射台会迎来新的监控任务，为使系统能够更好地适用这种情况，且能随着高新技术的引入而愈发完善，在设计操作时一定要有前瞻性。

1.7 扩充性

在架构系统时引入并运用了模块化结构，当监控任务的数量增多时，可增设与之配套的系统模块，因地制宜地扩展网络规模，赋予各监控台更为优质的实时监控能力，为系统正常运转提供有力支撑。

1.8 升级性

随着网络技术的不断发展，功能更为强大的网络设备频频投入使用，这就要求系统能够对早期投资加以利用，在有效规避浪费的前提下，引入质效更强的新兴网络技术。

2.1 发射机自动化监测系统

分析发射台监控系统可知，其由若干智能化监控装置通过类似搭积木的方式架构成完整的监控网路。该结构可赋予系统更多变动余地，就规模而言，可大可小，就功能来说，可繁可简，不同监控装置之间彼此独立，但又不妨碍数据互通。基于其工作职能可将发射台划分成若干子系统，如信源切换器监控子系统、指纹管理系统以及短信报警子系统[2]。

发射台自动化监控系统引入了基于集散控制理论的以太网技术。集散控制系统（DCS）架构功能强大、反应灵敏，其核心理念主要包括两点：一是集中管理，二是分散控制，能够实现管理、控制之间的有机分离。上位机与下位机密切配合，各司其职，前者拥有集中监管功能，后者指的是被投放到不同场所、地点的一线设备，两相配合，能达到良好的分布式控制效果。上位机与下位机之间，分布于不同场地的下位机之间可以通过通讯总线建立联系，为信息的实时传输、交换提供有力支撑。

工业以太网，即能够为工业控制提供支撑的以太网技术，现阶段已得到相当广泛的应用，从技术层面看能够与商用以太网进行理想兼容，然而在产品设计的具体操作中，考虑到工业现场的特殊性，需要使用专门材质，保证产品强度，使产品具有适用性、实时性以及可靠性等。但工业以太网和一般商业以太网在上述方面存在较大差异。发射台站使用的是工业以太网技术，能出色满足骨干网在技术层面上提出的诸多要求，妥善解决了网络兼容问题。另外，由于对各工作环节做了合理的分化处理，系统风险被大幅削弱，这也在某种程度上降低了PC计算机的主导性。

2.2 电视视音频监测系统

电视视音频监测系统主要由三部分共同构成，除了原音频工作站、转码存储这两款服务软件外，还包括多画面客户端软件。值得一提的是，只有在音频编码器16AD条件下，才需启动原音频工作站。

在架构局域网时，一般使用局域网方式；
在架构云平台时，则选择云平台方式。

2.2.1 方式一：局域网方式

用这种方式处理广播音频流和电视视音频流时会采用差异化模式。对于广播音频流，先使音频编码器进入运行状态并成功接入原音频工作站，使电视的音频流能够被转码存储服务软件正常接收，然后进行包括转码输出在内的各项操作。转码输出操作指的是，从音频工作站服务软件处得到自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）码，然后将之转化成高级音频编码（Advanced Audio Coding，AAC）的传输流（Transport Stream，TS）后，提供给多画面客户端软件并由其自行负责后续的显示、播放等操作，还会以转码处理之后得到的音频流数据为对象进行所谓的本地存储操作。无论是音频报警还是音频比对，均可通过这一服务软件得到实现。服务软件提供了一个传输控制协议（TCP）端口，而多画面客户端软件能够和这一端口有效连接，并把全体通道音频的有关参数（如实时电平值等）提供给客户端软件，对外展示，有异常时还会发出报警[3]。

电视视音频流会先进入视音频编码器，相应处理之后再被提供给转码存储服务软件，由后者输入不同的节目流，可以是单节目传输流（SPTS），也可以是多节目传输流（MPTS），并向多画面客户端软件提供统一处理之后的单节目流，进而执行包括音频报警在内的多项动作。服务软件提供了一个专用端口，即TCP端口，而多画面客户端软件能够和这一端口有效连接，并把全体通道音频的有关参数（如实时电平值等）提供到客户端软件处，对外展示，有异常时还会发出报警；
多画面客户端软件拥有相当不俗的功能，能对外呈现全体通道音视频所对应的各类画面，同时支持执行包括全屏播放、循环播放及历史回看在内的多种操作。

2.2.2 方式二：云平台方式

在该种方式下，需重点考虑数据流的吞吐量问题，有两大方案可供选择，一种是全码流推送，另一种是建立在轮播这一基础之上的单一节目流推送，使用时应遵循因时因地制宜原则。第一种方案运用了服务器直接转码这一处理方式，即以转码服务软件为工具对全体音视频流进行百分百转码处理，再将其提供给目标云服务器，而后一种方案的核心是则通过单向网闸装置完成对数据的转发。

2.3 多路音频慢录监测系统

调频监听系统责任重大，不仅要监听节目通过各种渠道取得的音频信号，还需要关注音频切换处理后计划提供给发射机的那类信号和发射机提供的一系列射频解调信号。在以射频解调信号为对象执行监听作业的具体操作中，需要使用循环监听控制器，依托其独立解调功能，按预设间隔及通道循环播放目标节目所对应的解调信号。在有需要的情况下，工作人员可对该控制器执行强制切换操作，然后通过指定通道专门监听目标节目。如此操作能妥善应对由于音频处理服务器异常而诱发的无法正常监听的问题，是一种十分常用的备用监听方式[4]。

甘肃省广播电视局六八七台监听监视的主要是三类信号，除每套节目包含的2路信源的音频外，还包括切换操作之后提供给发射机的信号以及通过无线接收方式取得并解调处理后得到的音频信号。在一套节目中，需要监控的音频信号不可少于4路，如果是十套节目，处于监控之下的音频信号则会达到40路以上，此时传统监控模式的弊端便会尤为明显。首先是设备数量难以保证，其次是相互间必然涉及复杂的交叉连线，所以一定要引入基于数字式可视化原理的先进监控模式，以2台多路音频编码器为工具对目标音频信号进行专门的编码压缩处理，然后经由局域网传输到音频处理服务器，利用此处的服务软件包进行全面、严谨的计算操作，量化各音频信号，将其转化成动态变化的、清晰可见的柱形图，如此可实现对若干路音频信号运行状态的同时监控。基于音频信号差动对比监测原理，系统会分析提供给发射机的那些音频信号，在此过程中会将之与射频解调信号放到一起进行横向对比，出现故障时能迅速确定问题所在位置。此外，还可基于实际需求对数字音频信号进行相应的解压解码处理，进而方便音箱监听。服务软件能根据合法用户的合法指令以音频柱形图的方式呈现特定的监视画面，还配置有循环监听和固定频率监听两大监听功能。

音频处理服务器提供了两种监控方式，一种是本地监控，另一种是远程监控。其核心功能如下：

（1）监听监测“有人值守”中波、调频台站全体节目所涉及的信源以及解调处理形成的音频信号；
（2）可接入多个单声道音频信号，上限是120路；
也可接入多个立体声音频信号，上限是60路；
（3）压缩处理各路音频编码，得到对应的MP3格式，同时提供存储和播放功能；
（4）允许本地监控，也允许网络远程监控；
（5）可根据实际需要以预设方式设置报警的具体时段及其门限，还能以输入的所有音频为对象实施动态监控；
（6）支持录音，有两种方式可供选择，一种是基于故障点的录音，另一种是实时录音；
（7）为上传音频动态幅度数据提供支撑；
（8）对开机运行状态下某个或某几个时间区段预设相应的报警功能。

2.4 电视墙拼接系统

（1）以输入信号为对象进行相应管理，通过自定义方式即时添加若干种常见信号源（如RGB、VGA及Video等），并支持包括调用、切换以及调整在内的一系列窗口管理操作。

（2）在不同控制场景模式之间进行流畅切换，支持对各场景的有关操作，常见的如命名、调整以及存储等。对于设备输入信号，支持所谓的预先摆放，可针对各场景执行存储操作，再形成目标场景，并根据现实需要进行调用。

（3）可实现对各厂家、各型号切换矩阵设备的联动控制。

（4）可依托显示信号窗口进行即时且精准的定位，可对信号窗口执行包括位移、叠加以及缩放在内的一系列操作，也允许将之转移至其他单元进行相关处理，通过不同模式对外呈现图像。

（5）在窗口摆放方面，推出了预布局功能，此种条件下窗口操作不会干扰到大屏现状，能有效避免误操作。

（6）可通过远程方式开机或关机，基本原理是预设相应控制指令，在自定义模式下成功载入开机或关机指令。

（7）提供包括开关机、场景转换以及场景轮巡在内的多种定时功能，节省了大量人力，且不易出错。

（8）软件有相对全面的系统管理选项，给身份合法的用户提供了适宜权限，为整个软件的正常运转提供了有力支撑，而调试窗口个性突出，采用大屏显示系统，极大地方便了相关指令的传输和生效。

（9）预设了二次开发接口，同时还提供有中控装置通讯协议，方便与第三方设备进行有机对接。

在项目实施过程中，根据甘肃省广播电视局六八七台的实际播出设备，调频备份系统的组成以及信号源系统的组成，进行了符合台站实际情况的个性化改进。

3.1 立体声音频处理器技术指标的提升

在对广播发射系统进行调频时，音频信号电平的大小、质量的好坏直接影响播出质量和收听效果。立体声音频处理器的作用就是处理各类不同变化的音频信号，经过立体声音频处理器处理的音频信号，其平均电平始终保持一致，确保不会出现因调制度过高或过低而造成声音失真和收听音量过小的问题。

在建设初期安装调试阶段，发现播出效果不好，经常出现声音失真的情况，经过排查，发现是因为信号源电平不稳定，超出了音频处理器动态控制处理范围，进行了硬限幅。

台站决定让设备生产厂家对音频处理器进行硬件改进，重新设计调整处理电路，并进行严格的指标测试。改进后的立体声音频处理器处理范围达52 dB，由以前的±15 dB扩展到±26 dB，技术指标满足频响30～15 000 Hz＜0.1 dB，谐波失真＜0.2%，信噪比＜-70 dB；
第1、2路具有断电直通功能，门限电平：-15～-30 dB可调，输出电平：0～6 dB可调，完全满足台站使用需求。

3.2 增加声光报警器模块

为了确保出现设备故障及信号源故障造成停播事故时，能第一时间提醒值班人员，甘肃省广播电视局六八七台建议在系统建设中引入声光报警器，当出现停播事故时，自动进行短信报警，同时启动声光报警器，提醒技术人员及时检查处理[5]。

在功能方面，为了满足远程和本地触发、解除的需求，可加入网页监控系统，也可以作为单独报警系统使用，即可以通过外部的红外报警或其他的开关量报警输入触发，还可以通过上位机发送指令进行声光报警，报警的方式可分为当地报警和外接报警器等设备报警。

3.3 引入语音报警功能，改进授时系统

原系统蜂鸣器报警声音小，人员不易察觉对此做出改进。通过外接监听音箱能够放大报警声音，增加监听功率。

将原有GPS校时系统进行了改进，原有校时系统需要U盘拷录校时软件来进行校时，在这个过程容易危害系统安全，并且人员操作不便，在改进后只需要使用内置校时软件（Xsho图文编辑软件）就可对本系统进行快速校时，确保系统稳定运行。

甘肃省广播电视局六八七台建设的自台监控系统使用一年多来，运行稳定可靠。该系统监控范围广、监控到位，不仅对台站所有设备进行了监控，同时也降低了值机人员的劳动强度，对设备出现的异常问题反应及时，减少了停播次数，对台站确保安全播出起到了重要作用，使台站工作效率大大提高，该系统在多节目多设备播出的发射台站值得推广。

广播电视安全播出是一项系统工程，任何一个环节出现问题都会影响到安全播出任务的完成，对播出设备的工作状态、信号源质量、天馈系统温度、设备配电系统是否正常及机房环境温度、湿度、烟感情况进行跟踪监测监控，将检测的指标及时监测给值机人员，让值机人员在第一时间掌握所有设备的工作情况，提高了工作效率，减少了因值机人员人巡检设备不到位引发的不必要停播。本项目在实施过程中遇到了该系统和发射设备出现的各类问题，台站技术人员发扬团队精神，集思广益，制定解决方案，逐一排除了系统存在的隐患，确保了甘肃省广播电视局六八七台广播电视节目的高质量播出。