地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)及應(yīng)用

曾昭彤

（漳州芝山轉(zhuǎn)播臺 福建省漳州市 363000）

當(dāng)前廣播電視無線數(shù)字化的全覆蓋，使得大部分地區(qū)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字無線傳輸，為了確保在進(jìn)行廣播的過程中不會出現(xiàn)停播事故，自動倒備控制系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生。自動倒備控制系統(tǒng)的主要作用時當(dāng)?shù)孛鏀?shù)字發(fā)射機(jī)出現(xiàn)運(yùn)行故障時，通過該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對備用設(shè)備的控制，并利用備用設(shè)備完成相應(yīng)的工作任務(wù)，當(dāng)主機(jī)設(shè)備恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)時，自動恢復(fù)到主機(jī)完成播出[1]。北京崇遠(yuǎn)信達(dá)科技有限公司自1998年成立以來專業(yè)從事廣播電視自動化監(jiān)控系統(tǒng)。在公司發(fā)展的近20年中，公司最早在國內(nèi)從事發(fā)射機(jī)主備機(jī)倒換系統(tǒng)。取得了很好的應(yīng)用，部分產(chǎn)品在用時間達(dá)10年以上，系統(tǒng)的穩(wěn)定性經(jīng)受了時間的考驗(yàn)。2006年在國內(nèi)率先建設(shè)了全國第一個“無人值守”電視調(diào)頻廣播電視臺自動化監(jiān)控系統(tǒng)（廣西應(yīng)用）。并在同年研發(fā)主備發(fā)射機(jī)自動化倒備系統(tǒng)（河南、內(nèi)蒙應(yīng)用）。2007年在國內(nèi)率先提出了AB機(jī)互為主備自動化倒備系統(tǒng)（廣東、內(nèi)蒙、福建、青海、甘肅、新疆應(yīng)用）。2014年建設(shè)3+1調(diào)頻發(fā)射機(jī)自動倒備系統(tǒng)。當(dāng)前自動倒備系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，并且取得了一定的應(yīng)用成果。為了進(jìn)一步促進(jìn)自動倒備系統(tǒng)的快速優(yōu)化和升級，確保其在實(shí)際應(yīng)用中具備更高的控制效率，降低停播事故的產(chǎn)生，本文開展地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)及應(yīng)用研究。

1 地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)控制器選型

首先將倒備控制器作為本文系統(tǒng)的核心硬件結(jié)構(gòu)，主要完成對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)控制、ASI碼流切換控制以及天線倒換控制[2]?；谏鲜鱿到y(tǒng)運(yùn)行需要，本文選用CYK-16+2型號控制器作為本文系統(tǒng)中的倒備控制器，該型號倒備控制器內(nèi)含4個獨(dú)立監(jiān)控模塊，采集控制4部發(fā)射機(jī)；具備16路發(fā)射機(jī)和2路備機(jī)開關(guān)機(jī)狀態(tài)實(shí)時顯示；16路發(fā)射機(jī)和2路備機(jī)發(fā)射功率的柱狀圖顯示(LED/LCD)；具備本地和遙控備機(jī)切換功能以及從備機(jī)狀態(tài)恢復(fù)功能；具備本地與遙控開關(guān)機(jī)功能；控制器上安裝了自動、本地切換及本地控制按鈕；能夠?qū)Ρ镜豅CD/OLED液晶屏狀態(tài)進(jìn)行顯示；16個發(fā)射機(jī)選擇按鍵和16個發(fā)射機(jī)功放狀態(tài)燈；4個功能狀態(tài)燈和一個功能切換鍵；一個手自動切換鍵和一個手自動指示燈；24路狀態(tài)量采集和24路控制量輸出；24路模擬量采集。圖1為本文系統(tǒng)中CYK-16+2型號控制器結(jié)構(gòu)圖。

結(jié)合CYK-16+2型號倒備控制器的上述性能優(yōu)勢，采集多個地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的傳輸功率，并實(shí)現(xiàn)對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)控[3]。當(dāng)監(jiān)測到的數(shù)據(jù)結(jié)果出現(xiàn)了輸出功率低于事先在系統(tǒng)當(dāng)中設(shè)定的門限或出現(xiàn)輸出功率持續(xù)超出預(yù)設(shè)范圍時，則CYK-16+2型號倒備控制器控制切換器完成自動倒備切換。

1.2 信源切換器選型

圖1：CYK-16+2型號控制器結(jié)構(gòu)圖

表1：HT16235I型號信源切換器其他技術(shù)參數(shù)表

表2：兩種控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對比表

由于大部分地面數(shù)字發(fā)射機(jī)所連接的ASI輸出線路均為兩路，因此在選擇本文系統(tǒng)中使用的信源切換器時，應(yīng)當(dāng)遵循以下幾點(diǎn)原則。首先，確保切換過程中ASI信號的輸出功能；其次，實(shí)現(xiàn)對ASI輸出線路的遠(yuǎn)程遙控切換；再次，信源切換器輸出的兩路ASI信號都能夠進(jìn)入到地面數(shù)字發(fā)射備機(jī)的激勵器當(dāng)中，并為另一路預(yù)留監(jiān)測信號的接受線路；最后，實(shí)現(xiàn)對ASI輸出信號的多種格式兼容?；谏鲜鏊狞c(diǎn)不同原則，本文選用HT16235I型號信源切換器，該型號信源切換器具備一個遠(yuǎn)程32端口和一個本地16端口，能夠?qū)崿F(xiàn)近距離和遠(yuǎn)距離的信源切換。HT16235I型號信源切換器其他技術(shù)參數(shù)如表1所示。

HT16235I型號信源切換器支持Microsoft Windows，Netware Unix與Linux；通過USB接口可實(shí)現(xiàn)對iMAC，Power MAC與Sun Micro Systems等各類計(jì)算機(jī)運(yùn)行機(jī)制，能夠滿足本文上述對信源切換器提出的各項(xiàng)要求，確保本文地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2 地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 自動倒備控制流程設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的自動倒備，在系統(tǒng)當(dāng)中采用TCP/IP通訊方式，將整個臺站數(shù)據(jù)通過運(yùn)營商專用網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇h平臺。結(jié)合上述選擇的硬件結(jié)構(gòu)，將其作為基礎(chǔ)，利用控制器當(dāng)中的采集模塊，對每一臺地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的狀態(tài)數(shù)據(jù)和信號數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并利用其完成對發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)監(jiān)測和故障報警。將分布式控制結(jié)構(gòu)作為本文系統(tǒng)參數(shù)采集基礎(chǔ)，針對每一個地面數(shù)字發(fā)射機(jī)，分別設(shè)置一個監(jiān)控單元，以此避免在某一監(jiān)控單元出現(xiàn)故障時造成系統(tǒng)整體運(yùn)行癱瘓的問題。利用采集控制器當(dāng)中的精度時鐘，脫離上位機(jī)獨(dú)立完成系統(tǒng)發(fā)出的控制指令，并確保其他連接設(shè)備對其不會造成影響。當(dāng)主控制器發(fā)現(xiàn)某一地面數(shù)字發(fā)射機(jī)出現(xiàn)故障問題時，通過對其輸出功率的變化進(jìn)行檢測，及時找出故障原因，并發(fā)出相應(yīng)的報警信號，當(dāng)信源切換器接收到控制信號后，尤其完成對故障倒機(jī)操作，將備用機(jī)投入運(yùn)行。針對多臺地面數(shù)字發(fā)射機(jī)同時出現(xiàn)故障問題，需要進(jìn)行倒備時，可按照如下公式計(jì)算得出倒備控制指令發(fā)出的順序：

公式（1）中，F(xiàn)m表示為某一發(fā)射機(jī)在運(yùn)行狀態(tài)下的綜合控制指數(shù)；CFm表示為某一發(fā)射機(jī)的綜合輸入特征量；Mn表示為專家軟件分析給出的順序評價指令；Cm1和Cm2表示為綜合輸入控制量；Mm1和Mm2標(biāo)后四位本文系統(tǒng)給出的倒備控制順序評價指標(biāo)，以此實(shí)現(xiàn)每一臺發(fā)射機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行，保證播出質(zhì)量。

2.2 地面數(shù)字發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)展示

完成上述操作后，為了實(shí)現(xiàn)本文系統(tǒng)對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的實(shí)時監(jiān)測和控制，并方便系統(tǒng)用戶管理員對其進(jìn)行觀察，還需要確保本文系統(tǒng)能夠具備實(shí)現(xiàn)對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的展示功能。在系統(tǒng)上位機(jī)界面當(dāng)中，對倒備自動控制系統(tǒng)中需要控制的主機(jī)設(shè)備和備機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行詳細(xì)列出。在上位機(jī)界面當(dāng)中，利用數(shù)字的形式將各個地面數(shù)字發(fā)射機(jī)輸出功率、反射功率等參數(shù)進(jìn)行顯示。首先，播出時段：用來表示該節(jié)目當(dāng)前時刻是否位于播出時段內(nèi)，指示燈綠色為位于播出時段內(nèi)，反之指示燈為灰色，播出時段可通過“參數(shù)設(shè)置”項(xiàng)設(shè)置。播出時段外的故障不報警。其次，自動開關(guān)：用來指示該節(jié)目定時開關(guān)機(jī)功能開啟與否，指示燈綠色為定時開關(guān)機(jī)功能開啟，反之指示燈為灰色，可通過“參數(shù)設(shè)置”項(xiàng)設(shè)置。若自動開關(guān)機(jī)功能開啟，則系統(tǒng)會自動控制發(fā)射機(jī)定時開機(jī)、關(guān)機(jī)。再次，自動倒備：用來指示該節(jié)目自動倒備功能開啟與否，指示燈綠色為自動倒備功能開啟，反之指示燈為灰色，可通過“參數(shù)設(shè)置”項(xiàng)設(shè)置；自動倒備功能前提是當(dāng)前位于播出時段內(nèi)，否則無法實(shí)現(xiàn)自動倒備。倒機(jī)故障：用來指示該節(jié)目主機(jī)故障與否，指示燈綠色為主機(jī)無故障，反之指示燈為紅色，表示該主機(jī)整機(jī)輸出功率低于倒機(jī)門限，需要備機(jī)代播，該標(biāo)志需要使能“自動倒備”；通信故障：用來指示CYK-16+2倒備控制器與該節(jié)目主機(jī)采集控制模塊通信故障與否，指示燈綠色為通信正常，反之指示燈為紅色。

3 對比實(shí)驗(yàn)

本文從軟件和硬件兩個方面實(shí)現(xiàn)了對地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)的理論設(shè)計(jì)研究，為進(jìn)一步驗(yàn)證該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中是否能夠有效解決傳統(tǒng)倒備控制系統(tǒng)出現(xiàn)的控制效率低的問題，開展如下對比實(shí)驗(yàn)：

選擇以某地區(qū)廣播站作為實(shí)驗(yàn)背景，在對兩種控制系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行設(shè)計(jì)時，遵循電視視頻通道測試方法GY/T3659-1983的相關(guān)規(guī)定，在確保需要進(jìn)行廣播的圖像滿足中文圖文電視廣播規(guī)范GB/T14219-1993的前提條件下，利用H.264:ISO/IEC 14496-10視頻編碼標(biāo)準(zhǔn)，對廣播內(nèi)容圖像視頻進(jìn)行編碼。首先利用地面數(shù)字發(fā)射主機(jī)對廣播內(nèi)容進(jìn)行播放。在其播放的過程中，隨機(jī)引入多個不同類型的故障節(jié)點(diǎn)，并向兩種控制系統(tǒng)同時發(fā)出倒備指令，記錄兩種控制系統(tǒng)在確保順利播出的條件下，完成倒備的用時，并繪制成如表2所示。

從表2中得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，在地面數(shù)字發(fā)射機(jī)發(fā)生五次故障中，本文系統(tǒng)倒備用時明顯小于傳統(tǒng)系統(tǒng)倒備用時。在進(jìn)行第四次倒備控制時，傳統(tǒng)系統(tǒng)并無法確保備用機(jī)的投入使用，造成了嚴(yán)重的播出事故，因此無法得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且對該廣播站帶來不利影響。通過本文上述實(shí)驗(yàn)及結(jié)果進(jìn)一步得出結(jié)論：本文提出的地面數(shù)字發(fā)射機(jī)自動倒備控制系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中具有更高的倒備控制效率，能夠?qū)崿F(xiàn)地面數(shù)字發(fā)射機(jī)與備用機(jī)的快速轉(zhuǎn)換，從而避免出現(xiàn)廣播事故，進(jìn)一步提高臺站安全播出水平。

4 結(jié)束語

針對當(dāng)前地面數(shù)字發(fā)射機(jī)運(yùn)行過程中存在的問題，本文開展對其自動倒備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)研究，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方式，證明了該系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中能夠有效提高倒備控制效率，為播出提供有力保障。在研究過程中發(fā)現(xiàn)，通過整個發(fā)射臺自動化管理系統(tǒng)的建設(shè)，能夠?yàn)楦采w工程項(xiàng)目圓滿播出提供技術(shù)保障，大大提升臺站安全播出水平。自動化管理系統(tǒng)在實(shí)時掌握發(fā)射臺站各發(fā)射傳輸設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的同時，可以及時發(fā)現(xiàn)故障，應(yīng)急自動倒備。在后續(xù)的研究中，還將針對不同類型地面數(shù)字發(fā)射機(jī)的自動倒備控制進(jìn)行設(shè)計(jì)，以此進(jìn)一步擴(kuò)大本文系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，提升其適應(yīng)性。