廣播電視智能監(jiān)控系統(tǒng)

羅映輝

【摘要】 在廣播電視領(lǐng)域，安全播出是一項(xiàng)至關(guān)重要的要求。本文作者根據(jù)廣播電視特點(diǎn)，提出了廣播電視監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該方案通過網(wǎng)絡(luò)將電視制作系統(tǒng)內(nèi)部的各個(gè)關(guān)鍵部件聯(lián)絡(luò)起來，實(shí)時(shí)監(jiān)控各關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)及系統(tǒng)信號指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)異常則進(jìn)行報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)了智能質(zhì)量監(jiān)控。

【關(guān)鍵詞】 安全播出 智能監(jiān)控 SNMP（simple network management protocol）

隨著電視系統(tǒng)得日益復(fù)雜，規(guī)模越來越大，利用傳統(tǒng)的監(jiān)測手段已經(jīng)無法保障播出安全的需求，這就迫切需要有一種智能監(jiān)控系統(tǒng)，對電視播出系統(tǒng)進(jìn)行智能監(jiān)測。

一個(gè)典型的播出系統(tǒng)的原理圖如圖1所示：

可以從圖中看到，信號都是由左方流向右方的，不存在反方向信號，即信號流向是單向的。如果系統(tǒng)內(nèi)有一個(gè)設(shè)備出現(xiàn)問題，那么，我們可以使用以下幾個(gè)方法來判斷故障出現(xiàn)位置：

1）該設(shè)備的輸入端的信號是否正確？

2）該設(shè)備的輸出端信號是否是錯(cuò)誤的？

3）該設(shè)備本身的狀態(tài)指示燈有無異常情況？

4）該設(shè)備的工作環(huán)境有無異常？例如：溫度、電壓、電流、氣味等。

在設(shè)計(jì)智能監(jiān)控系統(tǒng)時(shí)，我們只需在系統(tǒng)關(guān)鍵設(shè)備處安裝監(jiān)控器，通過監(jiān)控器來了解系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)以及經(jīng)過該設(shè)備處理的信號狀況。如果系統(tǒng)出現(xiàn)問題，我們就可以很方便地判斷出問題出現(xiàn)在系統(tǒng)中的哪個(gè)環(huán)節(jié)，從而幫助我們快速解決問題。智能監(jiān)控系統(tǒng)的基本原理圖如圖2所示：

系統(tǒng)包括軟、硬件兩部分，硬件部分包括：控制主機(jī)、交換機(jī)、監(jiān)控器、聲光報(bào)警裝置等設(shè)備。

一. 硬件構(gòu)成

監(jiān)控器：監(jiān)控器是智能監(jiān)控系統(tǒng)與電視系統(tǒng)設(shè)備的信息交換接口，設(shè)備的狀態(tài)信息以及設(shè)備控制指令都是通過它來進(jìn)行的。當(dāng)前，許多大型設(shè)備提供商都為他們的產(chǎn)品提供了較好的監(jiān)控器。

下面，我們以加拿大EVERTZ公司的7700FC為例來進(jìn)行介紹。

EVERTZ 7700FC是一塊網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控卡，它插在EVERTZ 7700系列機(jī)箱中，可對機(jī)箱內(nèi)的所有設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控。它可作為7700機(jī)箱內(nèi)所有設(shè)備的網(wǎng)關(guān)，收集機(jī)箱內(nèi)所有設(shè)備的信息，并通過10BASE-T/100BASE-T以太網(wǎng)接口，以簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP ：simple network management protocol）與外部設(shè)備進(jìn)行通訊。外部設(shè)備可通過信息內(nèi)容對機(jī)箱內(nèi)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行檢查，并可發(fā)出控制指令來對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行控制。下面是該監(jiān)控卡的外觀及原理圖：

該板卡安裝在7700機(jī)箱內(nèi)，它內(nèi)部有一個(gè)中央處理器，中央處理器不停地檢測機(jī)箱的工作狀態(tài)（例如：溫度、電壓等），同時(shí)它還通過USB HOST Controller 接口與機(jī)箱內(nèi)的其他設(shè)備進(jìn)行通訊，了解機(jī)箱內(nèi)其他板塊的狀態(tài)，并可對它們進(jìn)行控制。中央處理器根據(jù)機(jī)箱以及機(jī)箱內(nèi)其他設(shè)備的信息來驅(qū)動相應(yīng)的狀態(tài)指示燈。該板卡的一些設(shè)置功能（例如：IP地址）可通過RS-232串行接口來設(shè)定的，同時(shí)它還提供了以太網(wǎng)接口，支持SNMP協(xié)議，通過以太網(wǎng)接口，該板卡可與智能監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行通訊。

其他公司提供的監(jiān)控卡都具有類似的功能，他們普遍使用的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)都是SNMP簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。

當(dāng)然，也有少量設(shè)備并不支持SNMP協(xié)議，例如UPS電源、溫度傳感器等，但幾乎所有設(shè)備都具有RS232串行接口。對于這些設(shè)備，我們可以通過一臺通訊轉(zhuǎn)換服務(wù)器來完成RS232串行接口與以太網(wǎng)接口的轉(zhuǎn)換。例如：利用基于DS80C390或DS80C400微控制器的TINI平臺，我們就可以將串行設(shè)備連接到以太網(wǎng)上來。其原理圖如圖5所示。

串行口與以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器通過以太網(wǎng)接口接入以太網(wǎng)，它可將以太網(wǎng)上的通訊信息轉(zhuǎn)換為RS232串行口信號發(fā)送到監(jiān)控口設(shè)備，同時(shí)，它也可將從監(jiān)控器串行口發(fā)來的信息轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議信息，通過以太網(wǎng)發(fā)送到控制主機(jī)。

控制主機(jī)：控制主機(jī)是智能監(jiān)控系統(tǒng)的心臟，系統(tǒng)的所有功能都是由它來控制執(zhí)行的。它由一臺系統(tǒng)較強(qiáng)的計(jì)算機(jī)構(gòu)成，計(jì)算機(jī)配有以太網(wǎng)卡來和監(jiān)控器通訊。

交換機(jī)：交換機(jī)為智能監(jiān)控系統(tǒng)的信息交換樞紐，所有的信息都是經(jīng)過它來分配傳輸?shù)摹?/p>

聲光報(bào)警裝置：該裝置與控制主機(jī)相連。它配有報(bào)警音箱、報(bào)警燈、手機(jī)短信平臺等設(shè)備。當(dāng)接收來自控制主機(jī)的報(bào)警通知后，它就可以根據(jù)預(yù)先設(shè)定的要求，進(jìn)行相應(yīng)形式的報(bào)警。

二.軟件結(jié)構(gòu)

智能監(jiān)控軟件的結(jié)構(gòu)如下圖所示，它由以下幾個(gè)模塊：網(wǎng)絡(luò)通訊模塊、監(jiān)控分析模塊、交互界面模塊、報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊。

1. 網(wǎng)絡(luò)通訊模塊

網(wǎng)絡(luò)通訊模塊負(fù)責(zé)智能監(jiān)控主機(jī)與廣播電視制作播出系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備之間的信息通訊。它通過局域互聯(lián)網(wǎng)與各關(guān)鍵設(shè)備的監(jiān)控口進(jìn)行通訊。目前大部分關(guān)鍵設(shè)備都支持簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP），故通訊模塊也使用SNMP協(xié)議。

簡單網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議（SNMP：Simple Network Management Protocol）是由互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF：Internet Engineering Task Force ）定義的一套網(wǎng)絡(luò)管理協(xié)議。該協(xié)議基于簡單網(wǎng)關(guān)監(jiān)視協(xié)議（SGMP：Simple Gateway Monitor Protocol）。利用SNMP，一個(gè)管理工作站可以遠(yuǎn)程管理所有支持這種協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，包括監(jiān)視網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)、修改網(wǎng)絡(luò)設(shè)備配置、接收網(wǎng)絡(luò)事件警告等。SNMP被設(shè)計(jì)成與協(xié)議無關(guān)，所以它可以在IP，IPX，AppleTalk，OSI以及其他用到的傳輸協(xié)議上被使用。

SNMP采用了Client/Server（代理/管理站）模型的特殊形式。對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的管理與維護(hù)是通過管理工作站與SNMP代理間的交互工作完成的。每個(gè)SNMP從代理負(fù)責(zé)回答SNMP管理工作站（主代理）關(guān)于MIB定義信息的各種查詢。

代理是與網(wǎng)絡(luò)管理控制臺通信的軟件或硬件，在我們的智能監(jiān)控系統(tǒng)中就是那些支持SNMP協(xié)議的網(wǎng)絡(luò)控制卡。它們在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)“鏈路”上可以執(zhí)行以下任務(wù)：

網(wǎng)絡(luò)管理工作站可以從代理中獲得關(guān)于設(shè)備的信息。

網(wǎng)絡(luò)管理工作站可以修改、增加或者刪除代理中的表項(xiàng)，例如在由代理所維護(hù)的數(shù)據(jù)庫中的路由選擇表表項(xiàng)。

網(wǎng)絡(luò)管理工作站可以為一個(gè)特定的自陷設(shè)置閾值。

代理可以向網(wǎng)絡(luò)管理工作站發(fā)送自陷。

控制主機(jī)與監(jiān)控口之間定義了5個(gè)請求/響應(yīng)原語：

get-request：從代理進(jìn)程處提取一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值

get-next-request：從代理進(jìn)程處提取一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的下一個(gè)參數(shù)值

set-request：設(shè)置代理進(jìn)程的一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值

get-response：返回一個(gè)或多個(gè)參數(shù)值。這個(gè)操作是由代理進(jìn)程發(fā)出的。它是set-request的相應(yīng)操作

trap：代理進(jìn)程主動發(fā)出的報(bào)文，通知管理進(jìn)程有某些事情發(fā)生

智能監(jiān)控系統(tǒng)管理工作站可以把感興趣的變量值提取到其應(yīng)用程序中，只要發(fā)出get-request或get-next-request報(bào)文即可。前者是指定對象的讀操作，后者則提供了一個(gè)樹遍歷操作符，便于確定一個(gè)代理進(jìn)程支持哪些對象。智能監(jiān)控系統(tǒng)管理工作站可以修改代理進(jìn)程中的變量值，只要發(fā)出set-request報(bào)文即可。

如果沒有發(fā)生錯(cuò)誤，代理進(jìn)程可以用get-response原語回答這些請求。另外，利用trap原語，代理進(jìn)程可以異步地發(fā)送告警給網(wǎng)絡(luò)管理工作站，告訴它發(fā)生了某個(gè)滿足預(yù)設(shè)條件的事件。

智能監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的控制主機(jī)就是通過SNMP協(xié)議來完成與各被控代理網(wǎng)絡(luò)控制器之間通訊的?？刂浦鳈C(jī)通過從各被控代理網(wǎng)絡(luò)控制器得到的信息來了解系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的工作狀態(tài)，并發(fā)出相應(yīng)指令來對具體設(shè)備進(jìn)行控制。

下面，以EVERTZ的SNMP協(xié)議為例來介紹智能監(jiān)控主機(jī)怎樣與監(jiān)控口進(jìn)行通訊的：

根據(jù)Evertz 7700的SNMP協(xié)議中MIB的結(jié)構(gòu)，我們可以得到EVERTZ 7700的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。例如：EVERTZ 7700的參數(shù)intancetalbe的對象識別樹OID（OBJECT IDENTIFY）就是：7700的IP地址.1.4.6827.100.2.1，它的讀取指令就是

snmpget（host IP，‘public， 1.4.6827.100.2.1，int timeout [， int retries]] ）；

2. 監(jiān)控分析模塊

監(jiān)控分析模塊負(fù)責(zé)對網(wǎng)絡(luò)通訊模塊得到的信息進(jìn)行分析處理，將其和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊預(yù)存的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，根據(jù)廣播播出制作播出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖，了解當(dāng)前系統(tǒng)所處于的狀態(tài)。一旦異常情況就向報(bào)警模塊發(fā)送報(bào)警指令，并同時(shí)將相關(guān)信息發(fā)給數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理。

監(jiān)控分析模塊的原理如下：

我們將廣播電視系統(tǒng)對節(jié)目信號的處理環(huán)節(jié)按水平方向分出處理級數(shù)，而按垂直方向分為處理通道。即以需要處理環(huán)節(jié)最多的信號輸入端為級數(shù)1算起，每經(jīng)過一個(gè)環(huán)節(jié)，則其環(huán)節(jié)級數(shù)增加1，直到最后信號輸出端，統(tǒng)計(jì)出總共需要經(jīng)過的最多環(huán)節(jié)（例如：根據(jù)下圖，我們可以定出處理級數(shù)為n）。而系統(tǒng)具有的處理通道就是指系統(tǒng)內(nèi)有幾條平行的輸入通道。如下圖所示，該系統(tǒng)的處理級數(shù)為n，處理通道為m。

由于信號都是從左流向右邊的，當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，級數(shù)小的處理環(huán)節(jié)出現(xiàn)的故障很有可能引起級數(shù)高的環(huán)節(jié)報(bào)警。為了準(zhǔn)確判斷出故障所在位置，智能監(jiān)控系統(tǒng)將會將自動追溯到處理級數(shù)最低的故障環(huán)節(jié)。如果信號處理通道有交叉或公用情況，智能系統(tǒng)可很快將故障定位到信號匯聚環(huán)節(jié)。智能監(jiān)控系統(tǒng)可根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的不同形式，做不同形式的報(bào)警。例如：當(dāng)路由中任一設(shè)備有信號級的報(bào)警產(chǎn)生，或有相關(guān)的信號監(jiān)測報(bào)警時(shí)時(shí)，整條路由成紅色顯示，如圖10所示。

而當(dāng)路由中設(shè)備有報(bào)警產(chǎn)生的時(shí)候，這個(gè)設(shè)備成紅色顯示，如圖11所示。

另一方面，當(dāng)播出制作系統(tǒng)在不同的制作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，監(jiān)控分析模塊可從統(tǒng)計(jì)分析模塊中提取相應(yīng)制作模式的參數(shù)設(shè)置，對系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)進(jìn)行快速制作模式轉(zhuǎn)換。

3. 交互界面模塊

交互界面模塊負(fù)責(zé)操作人員與智能監(jiān)控軟件之間的人機(jī)交流。它有以下功能：

可以根據(jù)播出系統(tǒng)內(nèi)的關(guān)鍵設(shè)備的具體屬性（例如：輸入輸出信號屬性、允許范圍、溫度、電流、電壓等）定制組件。

可方便地根據(jù)實(shí)際的廣播電視制作播出系統(tǒng)的流程圖將定制組件擺放在智能監(jiān)控流程圖上。

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，代表故障點(diǎn)的組件應(yīng)有醒目的提示，方便技術(shù)人員進(jìn)行故障定位。

對出現(xiàn)故障進(jìn)行分級提示，將最危險(xiǎn)的故障（例如：供電電壓、電流問題）放在首要需要處理的位置，其表示應(yīng)最醒目（例如：紅色），而將相對對系統(tǒng)影響較小的故障（例如：某一信號的技術(shù)指標(biāo)有點(diǎn)超標(biāo)）放在較次要的位置，顏色也可較柔和點(diǎn)。

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控圖與廣播電視系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系，我們可以采用網(wǎng)格矩陣（如圖12所示）的辦法。我們將廣播電視系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備按其系統(tǒng)位置設(shè)定其在智能監(jiān)控系統(tǒng)矩陣圖上的編號。例如：第一個(gè)通道的第一級處理設(shè)備的設(shè)備矩陣號為（1，1）；然后我們將所有設(shè)備輸入輸出端口的類型做出分類，例如：數(shù)字視頻信號為1，數(shù)字音頻信號為2，等等；接著我們把每一設(shè)備的輸入輸出端口按信號種類進(jìn)行排序，例如：矩陣的第一路數(shù)字視頻輸入信號可分為（in，1），第五個(gè)數(shù)字音頻輸出信號為（out，5）。

這樣我們就根據(jù)廣播電視系統(tǒng)繪出智能監(jiān)控系統(tǒng)框圖，并建立起設(shè)備連接關(guān)系表。例如：EQ（1，1，OUT，1，2）--〉EQ（1，2，IN，1，1）--〉EQ（1，2，OUT，1，5）--〉EQ（2，3，IN，1，1）表示設(shè)備 （1，1）的第2個(gè)數(shù)字視頻輸出接到設(shè)備（1，2）的第1個(gè)數(shù)字視頻輸入口，然后又經(jīng)過它的第5個(gè)輸出口輸入到設(shè)備（2，3）的第1個(gè)數(shù)字視頻口。

需要指出的是，由于我們廣播電視系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)不可能想矩陣那樣規(guī)整，我們并不需要為智能監(jiān)控矩陣圖的所有設(shè)備（即MxN個(gè)設(shè)備）設(shè)定它們與廣播電視系統(tǒng)的對應(yīng)關(guān)系，沒有的設(shè)備不進(jìn)行設(shè)定就行了。

4. 報(bào)警模塊

當(dāng)監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，報(bào)警模塊就會進(jìn)行多種形式的報(bào)警，例如：驅(qū)動外置音箱發(fā)出報(bào)警聲音、打開報(bào)警燈甚至撥打電話等。不同重要級別的故障可以有不同的報(bào)警聲。報(bào)警聲可以事先錄入到監(jiān)控系統(tǒng)中，或者使用計(jì)算機(jī)模擬發(fā)音技術(shù)將出現(xiàn)的故障播報(bào)出來。

5. 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊：

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊包括一個(gè)數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)內(nèi)設(shè)備的屬性參數(shù)的正常值范圍，向監(jiān)控分析模塊提供參照值。

另外，廣播電視制作播出系統(tǒng)內(nèi)主要設(shè)備的設(shè)置參數(shù)也可存儲在數(shù)據(jù)庫中，當(dāng)系統(tǒng)需要在不同制作模式之間進(jìn)行轉(zhuǎn)換時(shí)，監(jiān)控分析模塊可調(diào)用數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)對相應(yīng)的設(shè)備進(jìn)行設(shè)置。

第三，數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)模塊可對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，指出經(jīng)常出現(xiàn)問題的環(huán)節(jié)，方便技術(shù)人員進(jìn)行判斷。

通過以上軟、硬件的配合，智能監(jiān)控系統(tǒng)就可以對廣播電視系統(tǒng)進(jìn)行安全監(jiān)控，從而保障播出安全。

三..結(jié)論

在本文中，本人提出了一個(gè)智能監(jiān)控方案，為實(shí)現(xiàn)安全播出智能監(jiān)控做了一點(diǎn)嘗試，希望能夠?yàn)閺V播電視界的同行提供一點(diǎn)幫助。由于本人理論水平與這些學(xué)科本身所要求的差距，研究還處在一個(gè)比較初級的階段，請各位專家批評斧正。

參考文獻(xiàn)

[1] 《計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)》（第四版），謝希仁編著，電子工業(yè)出版社

[2] 《智能控制技術(shù)》，易繼鍇、侯媛彬 編著，北京工業(yè)大學(xué)出版社

[3]《智能控制理論與技術(shù)》，孫增沂等，清華大學(xué)出版社

[4]《模糊控制原理與應(yīng)用》，諸靜，機(jī)械工業(yè)出版社

[5]《人工智能原理與應(yīng)用》，田盛豐，北京理工大學(xué)出版社

[6] 《計(jì)算機(jī)模糊控制原理及應(yīng)用》，戎月莉，北京航空航天出版社

[7] 《面向?qū)ο髮?shí)踐指南》，王詠武、王詠剛著，電子工業(yè)出版社

[8] 《面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)分析》，邵維忠、楊芙清著，清華大學(xué)出版社

[9] 《面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)設(shè)計(jì)》，邵維忠、楊芙清，清華大學(xué)出版社